Schipani - Le ampolle elettroniche - Introni.it

ULRICO HOEPLI - EDITORE - MILANOING. GUIDO SCHIPANI(GUIS)LE AMPOLLEELETTRONICHE

LE AMPOLLE ELETTRONICHE

Ing. G. SCHIPANI(GUIS)LE AMPOLLEELETTRONICHEVALVOLE TERMOIONICHE ECELLULE FOTOELETTRICHETEORIA = CALCOLO = COSTRUZIONE = APPLICAZIONICon 200 illustrazioniULRICO HOEPLIEDITORE LIBRAIO DELLA REALMILANOCASA1931-IX

PROPRIETÀLETTERARIAUNIONE TIPOGRAFICA"MILANO

PREFAZIONEAllettore,La forma piana, gualche volta preferita alla stessa precisionescientifica, usata per rendere con chiarezza i concetti deifenomeni elettronici, potrebbe far comprendere questo libro frai diversi volumi dedicati al profano per far distinguere unavalvola di alta frequenza da una di bassa frequenza, o per insegnaread unire insieme i pezzi di un apparecchio radioricevente.Non è invece questo lo scopo del libro.E se il lettore avrà la pazienza di giungere fino alVultimapagina dopo un'attenta lettura di tutti gli argomenti trattatise ne accorgerà.In una lunga pratica tecnico-commerciale ho assistito amolti casi di profani che, sicuri delle proprie conoscenze, hannovoluto passare dal campo teorico al pratico improvvisandosicostruttori di tino dei tanti schemi pubblicati da libri e riviste.Risultati buoni, e fin qui nulla di male. Ma quando, ahimè,il costruttore ha voluto apportare una sua piccola modifica, ilsolo cambio di una valvola gli ha compromesso i risultati.Conclusione: Colpa della valvola, difettosa o, peggio, dellaCasa Costruttrice che indica caratteristiche diverse dalle reali.E guai quando il dilettante è passato dai triodi comuni,alle valvole schermate. Ripetendo il montaggio del suo apparecchiocon tali valvole, quale delusione!La valvola schermata, amplificazione 1000, rende meno delvecchio triodo di amplificazione 10!Come maif

VIPrefazioneAncora colpa della valvola o della, Casa costruttrice.Ecco, questo libro si rivolge al dilettante costruttore o montatoreclic vuole rendersi conto di quello che fa. Al dilettantequindi del 1931, che non si contenta di copiare il circuito, sia pureottimo, riportato dalla rivista, ma vuol rendersi conto deWusodi ogni componente, dei perfezionamenti che egli può apportareper un miglior rendimento.La teoria delle valvole vi è trattata abbastanza diffusamenteper ciò che riguarda i fenomeni che in essa si producono e cliccostituiscono le basi per lo studio delle loro applicazioni. Nonsono state trascurate le valvole moderne, le schermate, i pentodi,le valvole alimentate in corrente alternata.Ho invece omesso alcune valvole specialissime di nessunao pochissima importanza pratica, almeno per ora.Le cellule fotoelettriche vi sono trattate diffusamente ancheper la parte costruttiva e le loro applicazioni sono state ampiamenteillustrate.Un breve cenno è stato fatto della lampada al neon sopratuttoin vista delle recenti applicazioni in televisione.Se il lavoro raccolto in queste pagine potrà servire al piccolocostruttore per rendere meno empiriche le sue costruzioni, aldilettante per avere chiara la visione dei fenomeni che costituisconola nuova fisica elettronica ed al tecnico per trovare raccolte inunico volume tutte le nozioni riguardanti le ampolle elettroniche,esso mi avrà compensato largamente.L'AUTOEE.

ViliIndiceValvole schermate 136Curve caratteristiche 138Valore ottimo della tensione di schermo (Vgs) . . . . 140La selettività 143Bobine speciali 144Le valvole schermate alimentate in e. a 146L'uso pratico delle valvole schermate 151CAPITOLO XIV. — Pentodi 161Scoperta del pentodo 162PARTE SECONDA. — LA CELLULA FOTOELETTEICA.CAPITOLO I. — La cellula fotoelettrica 173Cellula a vuoto o cellula a gas? 178Costituzione delle cellule fotoelettriche 181Calcolo della corrente fotoelettrica 194Le applicazioni delle cellule fotoelettriche 196PARTETERZA. — LA LAMPADA A LUMINESCENZA CATODICA.CAPITOLO I. — La lampada al neon 223Scelta del gas 225Materiale degli elettrodi 226La lampada per televisione 227Connessioni 230

PAETE PIUMA.LA VALVOLATERMOIONICAampolle elettroniche. —• 1.

CAPITOLO I.La nuova fisica.Costituzione della materiaÈ noto che tutti i corpi, qualunque sia il loro stato risico,diminuiscono di volume se compressi. Questa diminuzionedi volume ha portato i fisici a ritenere i corpi costituiti da particellenon a contatto fra di loro cioè a ritenere che fra unaparticella e l'altra esistono degli spazi vuoti. Alla particellamateriale più piccola fu dato il nome molecola e di essa possiamoavere un'idea dividendo un piccolo frammento di uncorpo in due parti e poi ogni metà ancora in due parti e cosìdi seguito fino a quando è teoricamente impossibile continuarela divisione; l'ultima particella così raggiunta è una molecola.Le molecole, per quanto piccole siano, conservano le proprietàdel corpo di cui facevano parte; vi sono molecole di acqua, disale, di ferro, ecc.Ulteriori studi, principalmente di natura chimica, hannoprovato che la molecola non è l'ultima particella della materia,ma a sua volta è divisibile ancora in particelle più piccoleche però non conservano più le proprietà caratteristiche del corpodi cui facevano parte. Così p. es. si è constatato che una molecoladi acqua può essere divisa ancora in due particelle, unadi idrogeno e una di ossigeno, ecc. A questa nuova particellafu dato il nome di atomo (dal greco atomos che significa indivisibile).In seguito agli ultimi studi di Hittorf, Crookes, Richardsoned altri fisici sui fenomeni elettrici in ambienti privi di

4 Parte prima - Capitolo primoaria, si è dovuto però concludere che anche l'atomo a sua voltanon è una particella indivisibile, ma esso è costituito da particelleelementari disposte come in un sistema solare: al centrosi trova un nucleo attorno al quale girano su orbite diversedei corpuscoli ai quali è stato dato il nome di « elettroni ».Il nucleo, molto pesante rispetto agli elettroni, è sempre caricatodi « elettricità positiva » per un numero di unità positiveeguale alla somma degli elettroni che vi gravitano intorno.Ogni elettrone non è altro che una piccola carica elettricanegativa. I nomi di « positivo » e « negativo » dati all'elettricitàvogliono indicare che le due specie di elettricità presentanofenomeni inversi così che in un atomo la carica elettrica positivaneutralizza la carica negativa degli elettroni e l'atomoappare scarico di elettricità e allo stato « neutro ». Ma esperienzeelementari dimostrano che due cariche elettriche di nomeAtomo neutro di elioFig. 1.contrario hanno la proprietà di attirarsi tra di loro mentre duecariche dello stesso nome. hanno la proprietà di repingersi. Orase gli elettroni fossero fermi rispetto al nucleo verrebberoda esso attratti e dovrebbero precipitarsi verso di esso. Ciò èevitato unicamente per il movimento rotatorio a grande velocitàdegli elettroni attorno al nucleo stesso ; si stabilisce cosìuna forza centrifuga che compensa la forza attrattiva delnucleo.La distanza tra gli elettroni e il nucleo è enorme rispettoal diametro di tali corpuscoli. Così per es. un atomo di elioè costituito da un nucleo centrale di 4 x IO" 13 cm. di diametroattorno al quale ruotano due elettroni alla distanza di IO" 8cm. Un atomo è dunque un sistema con vuoti notevoli e ciòspiega, come abbiamo accennato, come può avvenire la diminuzionedi volume con la compressione. Se, mutando proporzioni,riteniamo il nucleo grande come una testa di spillo,l'elettrone più vicino dovrebbe, in proporzione, trovarsi a 25m. dal nucleo stesso. Nel nostro sistema planetario conside-

La nuova fisica - Costituzione della materia 5rando il sole come « nucleo centrale » la distanza tra il pianetapiù lontano, Nettuno, e il sole, tenendo conto del diametrodi questo, è 14.000 volte più piccola della distanza tra l'elettronepiù vicino al suo « sole » cioè al nucleo e il nucleo stesso.In un atomo dunque vi sono dei vuoti immensi eppure la suagrandezza non raggiunge un milionesimo di mm. di diametro.Vediamo come si giunge a questo concetto di elettroni.nucleoelettroneAtomo d'idrogenoneutroFig. 2.Si introduca in un'ampolla priva di aria un filo per ogniestremità e ogni filo venga collegato a due placche chiamateelettrodi. Gli elettrodi sono connessi ai due poli di una sorgentedi alta tensione. Cominciando l'estrazione del gas dall'ampollasi notano, per delle pressioni sempre più piccole di questogas, i fenomeni seguenti:1) La pressione è così alta che nessuno scarica si produceattraverso il gas. Delle scintille appariscono in prossimitàdegli elettrodi.2) Quando la pressione diminuisce le scintille dellascarica si producono sotto forma di larghi pennacchi dandoluogo ad una colorazione rosso-violetta.3) Mano mano che la pressione diminuisce, questipennacchi di scintille si allargano, diventano sempre più sta-Fig. 3.bili e quando la pressione non è più che qualche cm. di mercurioessi si trasformano in una scarica luminescente che siestende dall'anodo (elettrodo positivo) al catodo (elettrodonegativo) e nella quale si possono distinguere i colori seguenti(vedi fìg. 3):a) Al catodo un debole chiarore bleu : « la luminescenzanegativa ».

6 Parte prima - Capitolo primob) All'anodo un chiarore rosso-bleu: « la luminescenzapositiva ».e) Come collegamento tra queste due luminescenze, unchiarore diffuso rosso-violetto: «la colonna luminosa positiva».4) Se si prosegue ancora nella diminuzione della pressione,la colonna positiva si allarga e raggiunge le pareti divetro dell'ampolla; nello stesso tempo la luminescenza negativae quella anodica crescono. Tuttavia tra la colonna positivae la luminescenza negativa si vede apparire una zonaoscura separatrice : « la zona oscura del Faraday ».5) Diminuendo sempre più la pressione, la luminescenzanegativa e lo spazio oscuro di Faraday si sviluppano semprepiù. e tra la luminescenza negativa ed il catodo si scorge un piccolospazio oscuro che prende il nome dai fisici Hittorf e Crookesche lo hanno studiato in modo particolare. Crescendoquesto spazio oscuro del Hittorf a spese della colonna luminosapositiva che si raccorcia man mano, si vede apparire pressoil catodo un piccolo chiarore di un bianco-giallo: a il primoinvolucro catodico ».6) Per delle pressioni ancora più piccole, la colonnaluminosa positiva si raccorcia sempre più, mentre si allarganola luminescenza negativa e lo spazio oscuro di Hittorf, il quale,incontrando la parete di vetro dell'ampolla, provoca il fenomenodi fluorescenza proveniente dai raggi catodici.In generale dunque, se la pressione del gas è sufficientementepiccola e la differenza di tensione fra gli elettrodi sufficientementeelevata, l'ampolla a scarica elettrica presenterài fenomeni luminescenti seguenti:1) Primo involucro di chiarore catodico.2) Spazio oscuro di Hittorf.3) Luminescenza negativa.4) Spazio oscuro di Faraday.5) Colonna luminosa positiva.6) Luminescenza anodica o eventualmente « spaziooscuro anodico », « involucro di chiarore anodico ».La colonna luminosa positiva, il cui irradiamento dipendedalle condizioni stesse della scarica cioè dall'intensità di corrente,dalla pressione del gas, dal diametro interno dell'ampolla,dalla qualità del gas, dalla purezza di questo, ecc., èstata applicata come sorgente di luce nella lampada di Moore

La nuova fisica - Costituzione della materia 7e, più recentemente, nei tubi luminescenti al Nèon fabbricatida varie officine.Questi tubi luminescenti al Nèon che alla sera tratteggianocoi loro tratti folgoranti l'oscurità delle grandi metropoli, sono,a causa della loro luce rosso-arancio così particolare, ed a causadella loro forma variabile all'infinito ed adattabile ai contornipiù vari di lettere, segni, figure qualsiasi, divenuti nell'artedella pubblicità luminosa, un mezzo incomparabile e di altovalore. La luminescenza negativa viene invece applicatanella lampada nota sotto il nome di « lampada al nèon » o« lampada glimm » o « veilleuse » o, più recentemente « lampadaper televisione ». Rimandiamo all'ultima parte di questo volumela teoria ed i dati costruttivi relativi a tale lampada.Per pressioni piccolissime (cioè vuoto spinto) si vedel'elettrodo negativo o catodo emettere dei raggi di un rossovioletto che riscaldano la parte della parete di vetro che essicolpiscono e vi provocano dei fenomeni luminosi singolari.Questo fenomeno è chiamato la «fluorescenza» del vetro.Studiando i raggi emessi in un vuoto elevatissimo dal catodo,i così detti raggi catodici, si è constatato che, come iraggi luminosi, essi si propagano in linea retta mentre Crookesmostrò nel 1879 che essi venivano emessi seguendo la superfìcienormale di una « palla catodica ». Si è constatato anche che iraggi catodici sono deviati dal loro percorso da un campomagnetico e Orookes ha potuto dedurre che questi raggi devonoessere costituiti da particelle elettriche caricate negativamente.Ma la natura di queste particelle rimase ancorasconosciuta per lungo tempo. Fu basandosi su una serie diesperienze ingegnose e particolarmente interessanti di Thomsone di Wilson che Eutherford è arrivato alla conclusione cheun atomo di qualsiasi elemento può essere comparato a unsistema solare. Il nome di elettrone, per le particelle elettrichenegative dei raggi catodici, fu proposto nel 1891 dal Prof.Stoney per indicare l'unità di elettricità naturale cioè laquantità di elettricità che, come è stato previsto dall'elettrolisi,si trova invariabilmente collegata all'atomo di un corpo semplicecome l'idrogeno.Il numero di elettroni in un atomo è diverso per ognisostanza. Infatti la natura della materia è determinata dalnumero di elettroni che si trovano nel suo atomo; le proprietàdifferenti del rame e dell'argento per es. sono dovute al fatto

8 Parte prima - Capitolo primoche l'atomo di rame ha 29 elettroni e quello di argento neha 47.La massa del nncleo è sempre molto più grande di quelladi un elettrone. Così per es. il nucleo atomico dell'elio ha unamassa di almeno 7000 volte quella di un elettrone. La manieracolla quale gli elettroni sono raggruppati nell'atomodipende dal loro numero. Gli elettroni si muovono attorno alnucleo su una o più traiettorie o orbite. Il più gran numeropossibile di elettroni su un'orbita è 8. Così per es. gli elettroniche si trovano nell'atomo di ossigeno percorrono una solaorbita.È possibile che un elettrone abbandoni la sua orbita perraggiungerne una che si trovi più all'interno o più all'esterno:nel primo caso una certa quantità di energia viene irradiataverso l'esterno, per es. sotto forma di raggi luminosi; nelsecondo caso dell'energia proveniente dall'estreno viene assorbitadal sistema. Secondo questa teoria per ogni spostamentoverso un'orbita interna viene liberata una determinataquantità di energia che sarà la più piccola quantità naturalenella quale l'energia è disponibile: si dice che viene liberatoun « quanta » di energia (teoria dei Quanta).L'elettrone ha un'importanza notevole nell'ampolla elettronica;conviene perciò fermarci un pochino su qualcunadelle sue proprietà. Per studiare queste proprietà è necessarioanzitutto formarsi un'idea esatta della natura dell'elettrone.La sua grandezza è tale che esso non sarà mai visibile anchecol microscopio più potente ; la forma geometrica più sempliceche può prendere un corpo è la forma sferica ed è per ciò chesi rappresenta l'elettrone come una piccola sfera che si muovea una grande velocità attorno al nucleo atomico. Sembra tuttaviaimpossibile attribuire all'elettrone una.forma determinatao un peso determinato poiché tanto l'una che l'altro dipendonodal suo stato di movimento. Si è trovato che la massa di unelettrone cresce a misura che cresce la velocità ed inoltreessa è, nel senso del movimento, diversa da quella nel sensoperpendicolare al primo così che un elettrone ha in realtàdue masse distinte.Se si attribuiscono tuttavia delle dimensioni determinateall'elettrone è unicamente per poter farsi un'idea dei fenomeninei quali esso ha notevole importanza. Queste dimensionisono scelte in modo tale che quando si immagina un elei-

La nuova fisica - Costituzione della materia 9trone avente la forma di una sfera di raggio determinato, essopossa provocare dei fenomeni identici a quelli che si ottengonorealmente. E se noi in seguito parleremo di dimensioni, dimasse, ecc. di un elettrone noi intenderemo sempre la dimensione,la massa, ecc. dell'elettrone equivalente che abbiamocosì definito.Abbiamo già accennato al fatto che la massa di un elettronesembra dipendere dalla sua velocità. In un'ampollaelettronica usata in T.S.F. (valvola termoionica) gli elettronipossono raggiungere una velocità che oltrepassa i 6000 Km.per secondo. Per questa velocità l'aumento apparente dellamassa non raggiunge che V2500 del suo valore e perciò puòessere trascurato.La carica elettrica e e la massa m dell'elettrone possono essere determinatecol calcolo. Si sono trovati i valori seguenti:eem =1,59 . T— • ,,„u coulomb10 ia9,01~W* grammiQuesta massa è precisamente la parte della massa dell'elettrone1845di idrogeno. Questa grandezza permette di determinare il raggio dell'elet-2trone per il quale si trova un valore di • erri. Questo raggio fittiziodell'elettrone è la 50.000 parte dell'atomo di idrogeno.

CAPITOLOII.Azionedell'elettroneNello spazio che circonda un corpo caricato elettricamente,quindi anche attorno ad un elettrone, esiste uno stato particolaredi tensione che fa sì che una forza viene esercitata suicorpi caricati che si trovano nelle vicinanze. Questa forza èrepulsiva se la carica dei due corpi è dello stesso segno e attrattivanel caso contrario. Due elettroni si respingerannodunque mutualmente poiché essi sono entrambi caricati negativamente.Poiché non si può immaginare che una tale forzapossa stabilirsi senza che esista tra i due corpi un mezzo intermediarioche compia la funzione di agente di trasmissione epoiché, d'altra parte, si è logicamente condotti a rigettarel'ipotesi di un'azione a distanza, si è ammessa l'esistenza diuna materia ipotetica, l'etere, che compie questa funzione.Lo spazio che si trova nello stato di tensione è chiamato campoabbiamo quindi un « campo elettrico », un « campo magnetico »e un « campo di gravità ». Lo spazio nel quale l'effetto di uncorpo caricato elettricamente si fa sentire è chiamato campoelettrico. Questo effetto è in generale tanto più debole quantopiù la distanza del corpo caricato è grande. Si dice allora chel'intensità del campo varia da punto a punto. Oltre che dallasua intensità il campo elettrico è caratterizzato in ogni puntodal suo senso; si chiama senso positivo quello nel quale tendea spostarsi una carica positiva. Se quest'ultima può muoversiliberamente nel campo elettrico essa seguirà sotto l'influenzadella forza elettrica una traiettoria determinata, in generale

12 Parte prima - Capitolo secondouna curva. A questa curva si dà il nome di linea di forza cosìche tracciando le linee di forza si può farsi un'idea del campoelettrico. In ogni punto del campo passa una sola linea di forzapoiché il campo non ha che una sola direzione in ogni punto.Se il campo è stabilito da una piccola sfera caricata, comepotrebbe essere un elettrone, le linee di forza sono delle lineerette che si diramano in tutte le direzioni a partire dalla superfìciesferica.La nozione di linee di forza fu introdotta in fìsica circa100 anni fa dal grande fisico inglese Faraday. Per lui le lineedi forza non erano delle nozioni astratte ma avevano delle proprietàdi un significato concreto dal punto di vista fisico. SecondoFaraday le linee di forza si trovano sempre in stato ditensione e tendono a raccorciarsi; esse si respingono mutualmente.Si spiega così perchè un corpo caricato positivamenteesercita una forza di attrazione su un corpo caricato negativamente,poiché le linee di forza partenti dal corpo positivoterminano sul corpo negativo ciò che stabilisce un legameelastico che tende a diminuire la distanza tra i due corpi.Secondo Faraday l'energia elettrica necessaria a stabilireil campo non è concentrata sui corpi, ma essa si trova ripartitanel campo elettrico esistente tra essi, è cioè l'energia potenzialeelastica delle linee di forza.Un elettrone sarà dunque sempre in movimento in uncampo elettrico e subirà un'influenza che lo spingerà nella direzionedel campo lungo una delle linee di forza. La traiettoriadi questo movimento non può essere studiata senza difficoltàche quando le linee di forza sono rette e parallele come è nelcaso di un campo elettrico tra due placche piane paralleletra le quali esiste una differenza di potenziale V.Un elettrone che abbandona la placca negativa per spingersiverso la positiva, sotto l'influenza del campo, acquistauna velocità sempre più grande e descrive una linea rettaper precipitarsi fino sulla placca positiva.L'energia dell'elettrone aumenta colla sua velocità. Per una velocitàv e una massa m questa energia è uguale a 1/2 m v 2 . Se la velocità inizialeeolla quale l'elettrone lascia la placca negativa è v 0 , la velocità finale collaquale esso raggiunge la placca positiva è v, la quantità di energia immagazzinatasul percorso dall'elettrone sarà1/2 m v 2 — 1/2 m v 2 0

Azione dell'elettrone 13Questo assorbimento di energia si effettua sotto l'influenza della forzaelettrica durante lo spostamento. Si sa d'altra parte che l'energia elettricaè il prodotto di una differenza di potenziale per una carica elettrica. Nelcaso presente questa carica non è altro che quella portata dall'elettrone.Il lavoro elettrico fornito è dunque eguale a V x e e questo deve essereeguale al lavoro assorbito per effetto dell'aumento di velocità. Per conseguenza:V x e = 1/2 m v % — 1/2 m v 2 0Questa espressione ci permette di calcolare la velocità che un elettroneacquista sotto l'influenza di una differenza di potenziale data quandola velocità iniziale è conosciuta. In particolare se la velocità iniziale ènulla sarà V X e = 1/2 m v 2 e quindi v = \i—• •—— . Introducendoy min quest'ultima formula i valori conosciuti della carica e e della massam di un elettrone si trova per la velocità in Km. al secondo.v = 600 X V VQuando la differenza di potenziale tra le dne placche èdi 100 V. per es. la velocità finale dell'elettrone raggiungentela placca positiva èv = 600 x 10 = 6000 Km.al secondo, ammettendo che la velocità iniziale sia nulla e chel'elettrone non subisca alcuna resistenza durante il suo percorsonel campo elettrico.Per lo spostamento continuo di un gran numero di elettroniche trasportano dell'elettricità, si stabilisce una correnteelettrica. Noi sappiamo già che la corrente elettrica esce da unapila per il polo positivo e vi rientra per il polo negativo dopoaver percorso il circuito esterno. In realtà lo spostamentodegli elettroni è inverso. Essi lasciano il polo negativo e rientranoper il polo positivo, ma il fenomeno rimane ancora lostesso.Il numero di elettroni necessario per stabilire la correntedi 1 Amper per es. è notevole. Infatti una corrente di 1 A trasportaper un secondo una quantità di elettricità di un Cou-1.59lomb. La carica di un elettrone è di „„ 1Q coulomb così cheIO 19IO 19per il trasporto di 1 coulomb — o, in cifra tonda, 6 trilionidi elettroni devono traversare per secondo la sezione del conduttoredi corrente.

CAPITOLOIII.Procedimenti per ottenere elettroni liberiIn natura gli elettroni liberi sono rari. Infatti tutti icorpi caricati di elettricità sono attirati da quelli che hannouna carica di segno opposto così che un elettrone libero incontreràpresto o tardi sul suo percorso un corpo caricatopositivamente dal quale sarà assorbito.Poiché il funzionamento delle ampolle elettroniche è interamentebasato sulle proprietà degli elettroni che si muovonoin gran numero nel vuoto, è della massima importanzaconoscere i procedimenti che permettono di liberare gli elettroni.Non basta liberarli dal legame atomico come avvieneper es. nei conduttori, ma bisogna anche staccarli dalla materiastessa.Si farà una distinzione tra la liberazione di elettroni nelgas e quella nei solidi.La cattiva conducibilità dei gas prova che normalmentevi sono pochissimi elettroni liberi in un gas; la separazionedi essi dagli atomi è chiamata ionizzazione. Un gas è normalmentepochissimo ionizzato. Quando un elettrone abbandonaun atomo gasoso quest'ultimo conserverà necessariamenteuna carica positiva. Questo resto di atomo è chiamato ionepositivo.Per contro se un atomo non caricato assorbe uno o parecchielettroni esso acquista una carica negativa. Questi atomiportanti un supplemento di elettroni sono chiamati ioni negativi.

16 Parte prima - Capitolo terzoQuando gli atomi del gas sono ionizzati essi subirannol'influenza di un campo elettrico: gli ioni positivi saranno attiratidal polo negativo mentre gli ioni negativi e gli elettroniliberi si dirigeranno sul polo positivo. Si stabiliranno allora neigas due correnti opposte. Questo fenomeno si produce nellevalvole di T.S.F. a vuoto non molto spinto nelle quali le tracciedi gas residuo sono ionizzate per l'urto degli elettroni emessidal filamento. Il bombardamento di un atomo con gli elettroniè uno dei procedimenti per ionizzare un gas e di essoci occuperemo tralasciando gli altri procedimenti che conduconoallo stesso risultato.Per spiegarci la conducibilità di alcune materie solideè necessario ammettere che è relativamente facile separaregli elettroni dagli atomi nei conduttori. Nasce la questioneper quale ragione questi elettroni che si muovono liberamentenel conduttore non sfuggono in grande quantità dallasuperfìcie della materia. Si è osservato che normalmente questonon avviene e si deve per conseguenza ammettere che esistonoalla superfìcie di un conduttore delle forze che impedisconoagli elettroni di sfuggire. Le idee moderne sulla costituzionedell'atomo hanno condotto ad ammettere l'esistenza di unatensione di superficie che gli elettroni devono vincere. Per fareciò l'elettrone deve essere animato di una certa velocità che glipermetta di sfuggire: quando questa velocità è inferiore adun certo limite, differente per ogni materia, l'elettrone non potràattraversare la superfìcie.Un caso assolutamente identico si presenta per i liquidi.Nelle circostanze normali le molecole di acqua per es. non potrannosfuggire dalla superfìcie del liquido perchè esiste unatensione di superfìcie che impedisce ciò; ma se l'acqua è riscaldatae le molecole di acqua hanno acquistato una velocitàdeterminata avverrà che una parte di esse sfuggirà sottoforma di vapore.Anche gli elettroni devono per così dire essere condottiall'evaporazione dalla superfìcie della materia. La quantitàdi energia minima che l'elettrone deve possedere per potersfuggire dalla superfìcie è chiamata la costante di evaporazioneelettronica. Più questa è piccola e più è facile separaregli elettroni dalla materia.Il valore della costante di evaporazione è sempre troppopiccolo per poterselo rappresentare: per il tungsteno per es.

Procedimenti per ottenere elettroni liberi 17esso è di 7,10/10 16 joules. Per caratterizzare il potere emittentedi elettroni dei solidi si è introdotta una nuova unità la tensioneche bisogna applicare per dare agli elettroni la velocità esatta necessariaper vincere la tensione di superficie. Questa tensione s èchiamata affinità elettronica. La tabella seguente indica l'affinitàelettronica per diversi materiali:MaterialiTungstenoCarboneArgentoRameFerroTorioAlluminioMagnesioAffinità4,524,14,143,73,432,7elettronica.Per il tungsteno dunque questa tensione è di 4,52 V. Sedunque per il tungsteno la velocità dell'elettrone ha il valoreche raggiunge percorrendo una differenza di potenziale di 4,5 V.essendo la sua velocità iniziale zero, l'elettrone è in grado divincere la tensione di superfìcie di questo metallo. L'affinitàelettronica perciò determina il numero di elettroni che unadata materia può fornire a una temperatura determinata.Per le valvole di T.S.F. nelle quali il filamento è il corpo cheemette gli elettroni, si sceglierà per il filamento il metallo chepossiede la più piccola affinità elettronica e che nello stessotempo può sopportare le temperature più elevate.Dalla tabella sopra riportata si dedurebbe che la maggioreemissione elettronica la si avrebbe, in una valvola termoionica,da un catodo di magnesio per es., per il quale peraltro sarebbe più rapida la disintegrazione. Ma in un'ampollaelettronica un'altra ragione induce a una scelta diversa: ilmateriale del filamento deve essere esente da gas e deve potersirendere tale per evitare appunto il fenomeno della ionizzazione,deve potersi portare ad alte temperature, ecc. come vedremomeglio in seguito. Si è scelto come più indicato il tungsteno,nel quale, qualche volta, si incorpora del torio e, più recentemente,alcuni impasti di ossidi di metalli alcalini o dibario.I catodi costituiti da un filamento di tungsteno diventa­­e ampolle elettroniche. — 2.

18 Parte prima - Capitolo terzono incandescenti: in essi l'emissione avviene dal filamentostesso e si aggira sni 3-4 mA/watt.I catodi costituiti da nn filamento di tungsteno al toriovengono portati al giallo chiaro ed in essi l'emissione avvienedalla superficie esterna particolarmente ricca di torio.Questa emissione si aggira sui 20-25 mA/watt.I catodi così detti ad ossidi, sono costituiti da un filamentodi tungsteno, nickel o platino indiato attorno al qualeè stato deposto uno strato emittente di ossidi di bario ostronzio. Essi si accendono fino al rosso chiaro e l'emissioneraggiunge i 50 mA/watt.I catodi moderni, così detti al bario, restano scuri. Essisono costituiti da un filamento di tungsteno sul quale, conuno speciale processo di volatilizzazione, si depone uno stratoemittente di ossido di bario. L'emissione raggiunge in questicatodi i 100 mA/watt.Poiché nelle circostanze normali pochissimi elettroni possiedonol'energia necessaria per vincere la tensione di superficie,questa energia deve essere loro fornita artificialmenteciò che nelle valvole di T.S.F. si fa riscaldando il filamento.Si sa da molto tempo che un corpo incandescente è ingrado di comunicare una carica elettrica ad un corpo chesi trova in prossimità. Fu scoperto che un filo metallico portatoall'incandescenza comunica una carica positiva ad una placcache si trova in prossimità quando il filo è riscaldato al rosso eche quando la temperatura è spinta a un grado più elevatoquesta carica trasmessa è negativa.Gli sperimentatori Elster e Geitel non seppero trovarela spiegazione di questo fenomeno. Edison che fece un passopiù avanti in questa via scoprì che introducendo nello spaziodella lampada a incandescenza una placca collegata al polopositivo della sorgente di corrente che porta il filamentoall'incandescenza, si stabiliva una corrente filamento-placcapolopositivo ma non pervenne a spiegare bene questo fenomeno.Questa corrente è rivelata da una deviazione del galvanometrodella fig. 4.II carattere reale di questo fenomeno fu scoperto nel1899 grazie alle ricerche di Thomson e di Eichardson, sopratuttoper le ricerche di quest'ultimo. Il primo dimostrò chel'effetto, comunemente noto sotto il nome di effetto Edison.

Procedimenti per ottenere elettroni Uberi 19è provocato dall'emissione di elettroni del filamento. Quandola placca è collegata al polo positivo della sorgente della correntedi accensione il suo potenziale è più alto di quello delfilamento ciò che ha per conseguenza di attirare gli elettroninel campo elettrico stabilito tra il filamento e la placca; questielettroni percorrendo il filo di connessione e il galvanometroritornano verso il filamento. Poiché una corrente elettronicanon è altro che una corrente elettrica l'indice del galvanometrodevia. Se al contrario si collega la placca al polo negativo dellasorgente di accensione il suo potenziale sarà negativo rispettoa tutti i punti del filamento e il campo elettrico tra il filamentoe la placca spingerà gli elettroni verso il filamento stesso cosìche nessuna corrente passeràm.Aper il galvanometro. Il grandemerito di Eichardson consistenella scoperta delle cause dell'emissioneelettronica e delleleggi che la reggono. Nel 1901egli dimostrò che l'emissioneelettronica è dovuta unicamentealla grande velocità che gli elettroniacquistano nei corpi chesi trovano allo stato di incandescenza,velocità che permetteloro di vincere la tensione di superfìcie.Egli indicò nello stessotempo una formula che permettedi calcolare il numero diFig. 4.elettroni liberati per secondo eper unità di superficie a una temperatura determinata.Ammettiamo che nel campo elettrico tra il filamento ela placca tutti gli elettroni siano attirati dalla placca, la correnteche si stabilirà allora nello spazio vuoto della valvolaavrà il valore massimo che può raggiungere per la temperaturadel filamento. Infatti tutti gli elettroni liberati sono alloraattirati e anche la sopraelevazione della potenza attrattivadella placca, applicando a questa una tensione positiva piùelevata, non permetterà di oltrepassare questa corrente chechiamiamo perciò corrente di saturazione: i s . Solo una temperaturapiù elevata del filamento permette di aumentarequesta corrente.

20 Parte prima - Capitolo terzoNella valvola di T.S.F. la differenza di potenziale trail filamento e la placca (anodo) è ottenuta a mezzo di una batteriail cui polo positivo è collegato all'anodo e il polo negativoal filamento.Dalla formula del Bichardson che vedremo più avantisi deduce che il valore della corrente di saturazione non aumentache lentamente quando la temperatura è bassa, ma esso sieleva rapidamente a partire da una temperatura determinata.La fìg. 5 mostra come varia per il tungsteno l'emissioneffir1.4uw0.8060.4021000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600'KTEMPERATURA ASSOLUTAFig. 5.del filamento in A percm. 2 tra 2200 e 2400°assoluti (0° C equivalgonoa 273° assoluti):si è constatato che da2400° a 2600° assolutil'emissione progrediscerapidamente.La figura mostraanche che una stessaemissione, per es. di0,4 A per cm 2 è ottenutadal filo toriato o ossidatoa una temperaturamolto più bassache per il tungstenopuro. Da ciò che è statodetto è chiaro che questa differenza è dovuta all'affinitàelettronica molto debole del primo filo rispetto al filo ditungsteno.Calcolo di LLa determinazione di i, è della massima importanza comevedremo in seguito. Per il calcolo degli elementi costitutividel triodo un valore troppo grande di i s vuol dire unamaggiore emissione e quindi una più rapida disintegrazionedelfilamento.Della massima importanza è anche il proporzionare i tin funzione degli altri elementi elettrici dell'ampolla.Il Bichardson chiama con v 0 la velocità di efflusso degli

Procedimenti per ottenere elettroni liberi 21elettroni del filamento di superfìcie s 0 e con c 0 la densità chedetti elettroni posseggono alla superficie del filamento. Egliconsidera gli elettroni del filamento come le molecole di unliquido nella massa. Aumentando la temperatura le particelleliquide sfuggono dalla massa, vaporizzano, allo stessomodo come la particelle elettriche, elettroni, del filamentosfuggono da questa per effetto della temperatura; e aumentandola temperatura aumenta la vaporizzazione fino allasaturazione.Sia nel caso del liquido che nel caso del filamento incandescentela saturazione dipende dalla temperatura, dallapressione circostante edalla natura della massa(densità delle particelle).Il Eichardson calcolala densità elettronicac 0 alla superficiedel filamento con lastessa formula usataper la densità del vaporedi un liquido svaporante.Immaginiamo chesulla superficie del filamentosia v 0 = o e ladensità ? 0 grandissima, filamentoplaccaciò che equivale a dire Fig 6che l'intensità del campoelettrico alla superficie del filamento è nulla.A rigore gli elettroni non abbandonano il filamento con velocitànulla, ma con una certa velocità che è quella dovutaalla temperatura del filamento. Con piccole tensioni anodichenegative gli elettroni abbandoneranno il catodo con la velocitàdella temperatura e dopo un breve percorso ad arco diparabola essi vengono, come abbiamo già detto, respinti dinuovo sul catodo. Gli elettroni cioè vengono a formare attornoal filamento una debole carica spaziale. Diventando positivala tensione anodica, gli elettroni vengono sollecitati verso l'anodo,ma alcuni, i più lenti, non riusciranno ad attraversarela carica spaziale esistente attorno al filamento e verrannoda questa respinti secondo un arco di parabola sul filamento

22 Parte prima - Capitolo terzostesso; gli altri, i più veloci, raggiungeranno con moto ritardatola carica spaziale attorno al filamento, avranno un minimodi velocità e da questo punto, riuscendo ad attraversarela carica spaziale stessa, correranno con moto accellerato versol'anodo. La figura 6 mostra l'andamento della velocità v, dell'intensitàdel campo elettrico JE, della densità della caricaspaziale e e del potenziale 9 nello spazio filamento-placca.ISTel punto X la carica spaziale ha la densità massima c maxe in tal punto la velocità degli elettroni uscenti dal filamentoè minima.A sinistra del punto X gli elettroni emessi ulteriormentedal filamento vengono respinti verso quest'ultimo e l'intensitàdel campo elettrostatico E è negativa; a destra di X gli elettroniche sono riusciti ad attraversare lo strato di caricaspaziale si dirigono con moto accelerato verso l'anodo. Oraè evidente la relazione Is = s 0 x v 0 x ? 0 .Il Kichardsoii parte dalle stesse equazioni di Clausius e Clapeyronper l'evaporazione di liquidi: log. c 0 = = _. + eost, ossia:So = C X edove X è la grandezza corrispondente al odore di vaporizzazione di unliquido e si potrebbe chiamare calore di vaporizzazione degli elettroni nelmetallo del filamento e dipende dalla natura del filamento.Ora ricordando che l'energia cinetica media delle particelle evaporantiè proporzionale alla temperatura assoluta T secondo la costante generale E:Il T = ——5—Xessendo m la massa di inerzia degli elettroni, ne derivav 0 ~ eost X V Te sostituendo nella formula di T s si ha:h = 0X s 0 X TY2 X e h 'che è la formula di Richardson.Per la costante 0 furono trovati i seguenti valori:per il Carbonio C = IO 34» » Platino C ~ 7,5 X IO 25» » Molibdeno 0 = §X 10 u» » Tungsteno 6" = 6,74 X IO 8La grandezza -j- è costante per ogni filamento e fu dal Richardsonstesso chiamata costante di emissione. Per essa furono trovati i seguentivalori.

Procedimenti per ottenere elettroni liberi 23per il Carbonio» » Platino» » Molibdeno» » Tungsteno= 9,8 X IO 4= 4,94 x IO 4== 8,1 X IO 4= 52,5 X IO 3MAlei5020101950Fig.È così possibile stabilire dei diagrammi che diano i valori della emissioneelettronica in funzione della temperatura assoluta. La fig. 7 si riferiscead un filamento di tungsteno di 58;J. di diametro.

CAPITOLO IV.La valvola a due elettrodiPer valvola a due elettrodi o diodo noi intendiamo unaampolla in vetro nella quale si è fatto un vuoto più spiritopossibile e che contiene un filamento o catodo ed una placcao anodo. Il filamento può essere portato all'incandescenza amezzo di una sorgente di corrente. Esso emetterà allora glielettroni. Tra il filamento e l'anodo è inserita una batteria ilcui polo positivo è collegato all'anodo o placca e il polo negativoal filamento; essa prende il nome di batteria anodica.Noi abbiamo ammesso finora che la tensione di questa batteriasia abbastanza elevata perchè tutti gli elettroni emessi dalfilamento vengano attirati dall'anodo. Si raggiunge allorala corrente di saturazione la quale non può essere aumentatache portando il filamento a una temperatura più elevata. Eadesso parleremo delle proprietà che possiede la valvola a dueelettrodi quando la tensione anodica non è abbastanza elevataper attirare tutti gli elettroni così che la corrente anodicaresta al di sotto del valore di saturazione.Queste proprietà sono della massima importanza poichéquando una valvola ha la funzione di amplificatrice o di detectricesi sfruttano le variazioni di corrente provocate dallevariazioni di tensione. Quando il filamento è portato ad unatemperatura determinata e la tensione anodica è nulla rispettoal filamento, nessuna corrente anodica potrà stabilirsi. Quandoa mezzo di una batteria anodica si stabilisce allora una differenzadi potenziale tra la placca e il filamento, prima picco-

26 Parte prima - Capitolo quartolissima in maniera da rendere la placca positiva rispetto alfilamento, una parte degli elettroni sotto l'influenza della forzaattrattiva della placca raggiungerà questa e una corrente{modica verrà a stabilirsi. Il numero di elettroni che raggiungonol'anodo aumenta a misura che la tensione anodica aumentaanche essa e questo aumento continuerà fino a cheviene raggiunto il valore di saturazione. Portando in un diagrammai valori della tensione e della corrente anodica chevi corrisponde, si otterrà una curva come quella riportataCARATTERISTICA 01 UNA VALVOLA A VUOTO SPINTO20 40 60 80 100 120 140nella figura 8.Da questo diagramma, relativoad un filamento di tungsteno,si ricava che quando la temperaturadel filamento è di 2300°assoluti la corrente di saturazioneoltrepassa i 40 mA ed è raggiuntasotto una tensione anodicadi 70 V circa. Portando il filamentoa una temperatura piùelevata, un più gran numero dielettroni al secondo sarà emessodal filamento stesso così che saràottenuta una corrente di saturazionedi valore più elevato. Sotto2350° assoluti questo valore saràdi 70 mA e sarà ottenuto conFig. 8. una tensione anodica oltrepassantei 100 V; così quando la temperaturadel filamento è di 2400° si otterrà una curvaindicante un valore di corrente di saturazione molto elevato.Tra l'estremità del filamento collegata al polo negativodella batteria di accensione e quella collegata al polo positivosi stabilisce una tensione uguale alla tensione della sorgentedella corrente di accensione. In generale una differenza di tensionesi stabilirà anche tra due punti qualsiasi del filamento.Non è più possibile allora parlare semplicemente della differenzadi potenziale tra il filamento e l'anodo. Bisogna indicarequal'è il punto del filamento rispetto al quale questa tensioneè misurata.Noi converremo dunque che questa differenza di poten-

La valvola a dueelettrodi27ziale che ci interessa si riferisca sempre all'estremità negativadel filamento.Sembra strano a prima vista che sotto una tensione anodicadebole tutti gli elettroni non partecipino immediatamentealla corrente anodica. In una valvola a vuoto spinto non vi èapparentemente alcuna resistenza da sormontare, perciòsembrerebbe logico che in un campo elettrico, per quantodebole esso sia, tutti gli elettroni disponibili venissero assorbitidalla placca. Come abbiamo visto invece avviene l'oppostoe ciò non può spiegarsi che con la presenza di una resistenzache si oppone al movimento degli elettroni. Lo stessofenomeno si produce per una corrente che attraversa un conduttore:l'intensità di corrente in questo conduttore è limitatadalla resistenza che deve essere sormontata dagli elettroniin movimento. È per ciò che una differenza di tensionelimitata tra le estremità di un conduttore provocasempre un'intensità di corrente limitata e non un'intensitàinfinita.Se nulla nello spazio vuoto dell'ampolla si opponesseallo stabilimento della corrente elettronica, questa dovrebbeimmediatamente raggiungere il suo valore di saturazione enon dovrebbe aumentare più progressivamente con la tensioneanodica. Questa resistenza che impedisce il rapido stabilirsidella corrente di saturazione è la repulsione mutuadegli elettroni. E cioè la carica spaziale che abbiamo già vistoe che è costituita dagli elettroni caricati negativamente chesi muovono in masse compatte dal filamento verso laplacca. Il meccanismo di questa resistenza è di due speciediverse.1) essa impedisce ad alcune linee di forza partentidall'anodo di raggiungere il filamento, ciò che ha per conseguenzache molti elettroni che si trovano più vicini al filamentonon subiranno l'influenza della placca.2) La carica spaziale esercita un'azione repulsiva suglielettroni emessi dal filamento. Quelli la cui velocità è insufficientesaranno arrestati nel loro movimento ed anche resj)inti,in parte, sul filamento stesso.Chiamiamo resistenza interna del diodo il rapporto trauna variazione piccolissima di tensione anodica, che indichiamocon de a , e la corrispondente variazione di corrente anodicadi a .

28 Parte prima - Capitolo quartodaQuesta resistenza che indichiamo con R { , sarà cioè dataL'influenza esercitata dalla carica spaziale sulle relazioniesistenti tra la tensione e la corrente anodica è molto complicata.Non esiste una formula che possa dare un' immaginedi questa influenza. Per facilitare il problema si introduce ingenerale qualche semplificazione. CosiLangmuir è riuscito a trovare una formulanel caso in cui l'anodo ha unaforma cilindrica e circonda concentricamenteil filamento, supponendo che lavelocità iniziale degli elettroni v 0 sianulla; di più. egli ha ammesso che tuttii punti della superfìcie del filamentofossero allo stesso potenziale rispetto allaplacca e che la densità ?, degli elettronisu tale superfìcie fosse infinita.Ecco questa formula di Langmuir:ia — 1.465 X IO" 5 X X V vJrDove;i a = corrente anodica in mAl — lunghezza del filamento in min.r = raggio dell'anodo in mm.v a = tensione anodica in V.La curva che ci esprime questa formula è quella che si chiama lacaratteristica della valvola; essa differisce molto da quella trovata sperimentalmente(ved. fìg. 8 e fig. 13) e ciò per le ipotesi semplifìcative ammesse.Noi non ci fermeremo su questo punto.Rendimento del filamento.Per rendimento s'intende in generale il rapporto della potenzautilizzata alla potenza assorbita. Nel nostro caso possiamosenz'altro applicare questa definizione. Il filamento portatoall'incandescenza serve a liberare gli elettroni; più debole èl'energia necessaria a tale scopo e più grande sarà il rendimentodel filamento. Questo non è però il solo fattore del quale bisogna

La valvola a due elettrodi 29tenere conto nella fabbricazione del filamento ; anche la sua duratautile è importantissima.Il numero degli elettroni che un filamento può forniredipende:1) dalla sua superfìcie;2) dalla sua temperatura;3) dalla natura della materia usata.Supponendo una superfìcie del filamento determinata, sipuò scegliere allora una sostanza che possa sopportare delletemperature elevate senza pregiudizio per la durata e aventetura :un potere emittente elettronicoelevato. Di più questasostanza deve poter essereportata e mantenuta ad unatemperatura determinata senzarichiedere un consumo dienergia troppo grande.Il consumo di potenza delfilamento dipende:a) dalla sua superfìcie;b) dalla sua temperammo»20OREe) dalla perdita di camA/w202000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 «TEMPERA TURA ASSOLUTAFig. 10.lore.Tanto l'emissione elettronicaquanto la potenza assorbitaaumentano per una elevazionedella temperatura. L'emissioneelettronica aumenta tuttavia molto più rapidamentedella potenza e per conseguenza il numero di elettroniliberati per watt aumenta ancora. Il rendimento del filamentoaumenta dunque con la temperatura.L'emissione in mA per watt portata nella fig. 10 sulle ordinatea destra della scala, aumenta rapidamente quando latemperatura del filamento aumenta. Conviene tuttavia tenereconto anche della durata del filamento. Perchè questa non siriduca troppo rapidamente, l'emissione in mA per watt nondeve oltrepassare un valore determinato che dipende dallanatura del filamento.La seconda curva della fig. 10 indica il rapporto esistentetra la durata utile e la temperatura del filamento. Questa

30 Parte prima - Capitolo quartocurva si riferisce a un filamento di tungsteno caratterizzatodai seguenti dati :tensione di accensione 4 Vcorrente di accensione 0,7 Acorrente di saturazione 10 mALa potenza assorbita dal filamento è allora 4 x 0,7 = 2,810watt e l'emissione per watt è dunque di -r-r- =3,6 mA. Si2,8vede che questo valore è raggiunto alla temperatura di 2450°circa per una durata utile di 1000 ore.Il fattore più importante che influenza il rendimentodel filamento è l'affinitàTEMPERATURAASSOLUTA DELFILAMENTO1000150020002500CORRENTE DI SATURAZIONtIN AMPÈRE PER cm* DISUPERFICIE EH/TTENTE PERUNA 'AFFINITÀ ELETTRONICADI2 V0LTS 3 VOLT S 4V0LTS 5 VOLTS-325x107234 x104,6x10-72 x1012A3Fig. ii.-122 x.10-S3*10 13x10-336x104,2-172 x10-96x 10VxW4x10elettronica. Più questa è ridottae più grande è il numerodi elettroni liberatiper una determinata potenzadi accensione. Lafig. 11 mostra come il valoredella corrente di saturazionea una temperaturadeterminata è influenzatoda ima differenza di 1 Vnell'affinità elettronica. Peril calcolo di questa tabella,stabilita per un caso determinato,si è fatto uso dellaformula di Eichardson. Essapermette anche di farsi unaidea dell'aumento del valore della corrente anodica sotto unaelevazione di temperatura del filamento.Per conseguenza, utilizzando per il filamento una sostanzao una lega di sostanze aventi un'affinità elettronica ridotta,si otterà già un'emissione elettronica elevata a temperaturebasse, dunque con una piccola spesa di energia. Se ne deduceche per una tensione di accensione data, la corrente di accensioneè molto più piccola e quindi la resistenza del filamentoè più grande. Per un diametro dato il filamento potrà dunqueessere più lungo.Un filamento più lungo dà una pendenza più alta dellacaratteristica, intendendo per pendenza della caratteristica deldiodo il rapporto tra la variazione di corrente anodica, che

La valvola a due elettrodi 31possiamo indicare con di a e la corrispondente variazione ditensione anodica de a .cheIndicando la pendenza con S si ha: 8 = -z—.de aRicordando la formula di Langmuir si può anche scrivere, derivando.8 = i-^- = -— x 1.465 X IO" 5 x — V~ n a = costante x — X Kede aa 2 rrCioè la pendenza cresce con la lunghezza del filamento e con la radicequadrata della tensione anodica ed è inversamente proporzionale al raggiodel cilindro anodico (supponendo l'anodo cilindrico ed il filamento coassiale).Questo si spiega facilmente poiché per un filamento piùlungo la carica spaziale si estende per una lunghezza maggioreed essa non è più dunque tanto densa come per un filamentocorto, così che la forza repulsiva è più debole. Per conseguenzauna corrente anodica di valore determinato può essere ottenutacon delle tensioni anodiche più basse che per dei filamentiaventi una lunghezza minore.Vedremo in seguito quale è l'importanza di una forte pendenzadella caratteristica.Le ricerche fatte per arrivare a costruire un filamentoPhilipsMarcaTelefunkenRadiotechniqueTipodi valvolaD-2EA 410A 40!)£406B 405B 403A 109B 105RE 034RE 054RE 124RE 134RE 304R 36R 42i

3 2 Parte prima - Capitolo quartocon un'affinità elettronica ridotta, quindi con un debole consumod'energia, hanno portato alla costruzione di filamentidi preparazione speciale come abbiamo già visto.La figura 12 dà l'emissione in mA per watt di alcunevalvole del commercio.Si vede che i filamenti delle valvole moderne hanno unrendimento molto più elevato di quello delle antiche ampollea filamento di tungsteno, cioè che l'emissione per watt di accensioneè molto più grande che per le ampolle a filamento ditungsteno (tipo E, B 2 Philips).Applicazioni della valvola a due elettrodi.Le diverse applicazioni della valvola a due elettrodi,conosciuta sotto il nome di diodo, consistono nel raddrizzarela corrente alternata. Per questa ragione noi studieremo davicino questa funzione del diodo. La fig. 13 rappresenta la caratteristicadi una valvola raddrizzatrice.Supponiamo che una tensionealternata di 6 V massimi sia applicatatra il filamento e la placca.L'anodo sarà allora volta avolta positivo e negativo rispettoal filamento. Nel momento in cuiPOTLNZIOME TRQRCOSUTODlRCaOLAIlONt l'anodo si trova sotto una tensionepositiva di 2 V per es., si vede sullacaratteristica che nella valvola passeràuna corrente di 1 mA. Quandoquesta tensione sale a 4 V l'intensitàdella corrente è di 3 mA almeno§ 3e infine per il valore massimo di 6 Yla corrente raggiunge il valore massimodi 5,5 mA. L'anodo è negativorispetto al filamento durante tutta6 8 W 12 M «re nsioic ANODICA l'alternanza seguente della corrente,Fig. 13. e allora nessuna corrente può attraversarela valvola in questa condizione.Ciò è rappresentato schematicamente dalla figuraseguente che mostra chiaramente come una delle alternanzedella corrente è soppressa, così che non resta che

La valvola a due elettrodi 33una corrente continua pulsante. Si è utilizzata questa proprietàdi tali valvole per il raddrizzamento delle correnti alternate.Un raddrizzatore di corrente è rappresentato schematicamentedalla fìg. 15.La valvola raddrizzatriceB è munita didue placche B t e E 2 .La tensione anodica perqueste due placche èottenuta a mezzo di untrasformatore il cui avvolgimentoprimario Pè collegato alla reted'illuminazione. Il secondariodi questo trasformatorecomprende 3avvolgimenti 8 1? 8 2 e $ 3 ,Fig. 14.l'ultimo dei quali fornisce la corrente di accensione per il filamentoG. La placca E x riceve la sua tensione anodica dall'avvolgimentoSu l'avvolgimento$ 2 corrisponde alla placca E 2RETEPIl montaggio è tale che quandol'anodo E x è positivo rispettoal filamento, l'anodo E 2 è negativo,così che la correntenon può passare che tra i puntiG e E v La corrente passa da Gattraverso E v 8 V B, B per traversarein seguito la batteriada caricare e ritornare verso ilfilamento attraverso C e S 3 . Laplacca E 2 è positiva rispettoal filamento durante l'alternanzaseguente e la placca E xè allora negativa. Una correnteelettronica si stabilisce allorada G verso E 2 per S 2 e B e traversaegualmente la batteriaFlg. 15.nello stesso senso dell'alternanza precedente. Le due placchepermettono dunque di utilizzare le due alternanze dellacorrente alternata. L'intensità della corrente di carica èLe ampolle elettroniche. — 3.

34 Parte prima - Capitolo quartomantenuta ad nn valore costante a mezzo della lampada regolatriceR.Se il diodo, invece di essere a vuoto spinto, è riempito digas inerte, gli elettroni emessi dal filamento provocano la « ionizzazione» di questo gas per l'urto con le molecole gassose,quando la loro velocità è sufficientemente elevata.Occorre cioè, perchè un elettrone possa ionizzare l'atomo,che la sua energia cinetica sia più grande di un valore determinato.La ionizzazione di una molecola gassosa è quindi una conseguenzadell'urto tra un elettrone con la velocità sufficientementegrande ed una molecola.Nel caso del Nèon per esempio, l'esperienza dimostrache se si accelera la velocità di un elettrone con un campoelettrico, questo elettrone potrà, dopo aver percorso unadifferenza di potenziale eguale a 22 volt, avere una velocitàsufficiente per ionizzare l'atomo di Nèon. Ma se la velocitàdell'elettrone è più piccola di quella corrispondente al percorsodi una differenza di potenziale di 22 volt, allora l'atomo diNeon non si potrà più ionizzare. Questo voltaggio di 22 voltè il ((potenziale di ionizzazione »; per l'Elio esso è per esempiodi 25 volt e per l'Argon di 16 volt. Si può dunque dire che sesi vuole un gas in cui la ionizzazione si produca facilmente,occorre sceglierlo con potenziale di ionizzazione debole.Quando un elettrone si muove in un gas sotto l'influenzadi un campo elettrico, esso « urta » in generale molte voltecontro le molecole gassose ed in molti casi esso perde in ogniurto totalmente o parzialmente la velocità acquistata.E stato dimostrato che i gas monoatomici come l'Elio, ilNeon, l'Argon, ecc., ed anche i vapori metallici sono dei gasil cui potenziale di ionizzazione è debole.Nonostante il loro potenziale di ionizzazione più debole,i vapori metallici non vengono usati, ad eccezione del vaporedi mercurio, per ragioni pratiche.I diodi a riempimento gassoso possono erogare una correntenotevolmente superiore a quelli a vuoto spinto e sonoperciò indicati in particolare modo per la ricarica di accumulatori,per galvanolpastica ecc. I diodi a vuoto spinto sono piùspecialmente usati nelle installazioni di T.S.F. e negli amplificatoridi potenza.Scopo delle « lampade regolatrici » di cui abbiamo fatto

La valvola a due elettrodi 35cenno è quello di mantenere costante l'intensità di correntein un circuito mentre la tensione ai morsetti della lampadavaria entro certi limiti. Questa proprietà si ottiene per il fattoche a partire da una data intensità di corrente, la resistenzadi queste lampade costituite da un filo di ferro in una atmo-AQ 6 12 1B 2

36 Parte prima - Capitolo quartodel commercio. Sulle ascisse, asse orizzontale, sono riportatii valori della tensione agli estremi della lampada, mentre sulleordinate (asse verticale) sono riportati i valori della intensitàdi corrente.Nella fìg. 16 si vede che variando la tensione da 10 a 30volt circa, la corrente si mantiene al valore efficace di 1,2 amp.e nella fìg. 17 variando la tensione da 6 a 18 volt, la correntesi mantiene sensibilmente al valore costante di 3 amp.Un'altra applicazione della valvola a due elettrodi èfatta negli alimentatori di placca. La corrente, dopo il raddrizzamentopassa per un sistema di filtri costituito in manieratale che la corrente erogata è assolutamente costante.Eimandiamo, per tale argomento, al cap. XI di questovolume.

CAPITOLO V.La valvola a tre elettrodiLo sviluppo meraviglioso della radiotelegrafia e radiotelefoniaè il risultato dell'applicazione di un terzo elettrodoin queste valvole ora viste. Questo ha permesso non soltantodi ottenere una ricezione di un'intensità quasi illimitata, maanche di creare un nuovo metodo di emissione la cui semplicitàe perfezione sorpassa tutti quelli conosciuti finora. Noisiamo debitori di questa scoperta a Lee De Forest, che ha applicatoun terzo elettrodo tra il filamento e l'anodo, costituitoda un filamento avvolto a elica o teso a zig-zag. Per la sua formaquesto elettrodo ha ricevuto il nome di « griglia ». Quandosi dispone questa griglia nella valvola, senz'altra precauzione,al potenziale zero (connessa al filamento per es.) gli elettronila traverseranno liberamente e la valvola non avrà acquistatoalcuna nuova proprietà. Ma ciò cambia completamente quandola griglia è portata a un certo potenziale come la placca. Sipuò rendersene conto montando la valvola nella maniera indicatadalla figura seguente (fìg. 18).La batteria anodica vi è connessa come precedentementetra il filamento F e l'anodo A; un miniamperometro è intercalatonel circuito anodico. Ammettiamo che la tensioneanodica sia di 160 V; un'altra batteria è intercalata tra il filamentoF e la griglia G così che la tensione di griglia può esseremodificata gradualmente a mezzo di un potenziometro.Questa tensione di griglia permette di regolare la correnteanodica tra due limiti. La tensione di griglia può essere misu-

38 Parte prima - Capitolo quintorata a mezzo di un voltometro che non è indicato in figura.La corrente di griglia può essere misurata a mezzo di un milliamperometrointercalato nel circuito di griglia. Gli elettroniprovenienti dal filamento e bombardanti la griglia dannoluogo a una corrente di griglia, ma la maggior parte di questielettroni liberi passa attraverso le maglie della griglia stessae va a costituire la corrente di placca o corrente anodica.Cominciamo con applicare una tensione negativa alla grigliarispetto al filamento. Aumentando gradualmente questa tensionenegativa a mezzo di un potenziometro si constata che il valoredella corrente anodica i a cambiacontinuamente e diviene semprepiù debole. Per una tensionenegativa di griglia determinata,32 V per es. la corrente anodicasi annulla. Ne deduciamo chenessun elettrone può più raggiungerel'anodo. Cosa succede allora 1 ?Si sa che tutti gli elettroni hannouna carica negativa e che duecariche dello stesso segno si respingonomutualmente. Se dunquesi è applicata alla griglia una tensionenegativa iniziale ridotta, lagriglia respingerà una certa quantitàdi elettroni dipendente dalio «o so so IOO no HO noTtNSIONtCll SRICL1A valore della tensione negativa.Fig. 18.Questi elettroni non partecipanodunque più alla corrente anodica,così che quest'ultima diminuisce. Ma arriva un momentoin cui la tensione negativa di griglia è tanto elevata chetutti gli elettroni emessi dal filamento sono respinti; lacorrente anodica è allora nulla. Come si vede dalla curva difig. 18 che prende il nome di caratteristica della valvola a treelettrodi o « triodo », nell'esempio da noi fatto, questo si produceper una tensione negativa di griglia di 32 V. Questo esempioci permette di fare una deduzione importante. La tensioneanodica era di 160 V ed è chiaro che nel caso presente una tensionedi griglia di 32 V è bastata per annullare l'effetto di unatensione anodica cinque volte più grande. Vediamo dunquecome deboli tensioni di griglia possono avere sulla corrente

La valvola a tre elettrodi 39anodica la stessa influenza di tensioni anodiche molto piùelevate, ed è su ciò che riposa il principio della funzione amplifìcatricedella valvola.Quando si applica alla griglia una polarizzazione positivarispetto al filamento, la griglia eserciterà sugli elettronila stessa forza attrattiva della placca e il valore della correnteelettronica aumenterà. Gli elettroni assorbiti dalla grigliadanno luogo alla corrente di griglia. Questi elettroni tuttaviasono sempre meno numerosi di quelli che attraversano la grigliae vengono così sotto l'azione attrattiva dell'anodo.Per tensioni di griglia positive occorre fare una distinzionechiara tra la corrente anodicai a e la corrente di griglia i tì ;quest'ultima aumenta a misurache il valore della polarizzazionepositiva della griglia èpiù elevato e che il numero dielettroni arrestati dalla grigliaè più grande. Modificando latensione anodica, si ottieneun'altra caratteristica ed è perquesta ragione che quando siparla della caratteristica di unavalvola a tre elettrodi è semprenecessario indicare la tensioneanodica sulla quale essa è statarilevata. Esaminando, per es., JSXT-4Q "30 -20 -10 o W 20 30la caratteristica di una valvola Fig. 19.del commercio (fig. 19), sotto 100V di tensione anodica, si vede che per una tensione di griglia 0,passa nella valvola una corrente di 17 mÀ. Sotto una tensionenegativa di griglia di 8 V questa corrente non raggiunge piùche 8 mA e infine per una tensione negativa di griglia di 17 Vla corrente anodica è caduta a 0.La valvola a tre elettrodi compie nell'apparecchio riceventetre funzioni principali:1) quella di arnplifìcatrice di AF;2) quella di detectrice;3) quella di arnplifìcatrice di B F.Noi la studieremo dapprima nella sua funzione di ampli-

40 Parte prima - Capitolo quintofìcatrice e dopo ricorderemo qualche nozione importante relativaal suo uso come detector.Vediamo le caratteristiche di una valvola determinatasotto 80 e 100 V (fig. 20).Ammettiamo che la tensione di griglia sia 0 V e la tensioneanodica 80 V, la corrente anodica ha allora, come si vededalla posizione del punto A, un valore di 1,5 mA. Eleviamoadesso la tensione anodica di 20 V, cioè spingiamola lino a 100V, la corrente anodica allora aumenta.Ritorniamo alla corrente anodica iniziale applicando unapolarizzazione negativa di griglia di2 V. La valvola è allora regolata alpunto G della caratteristica per 100 Vdi tensione anodica e la corrente anodicaè di nuovo di 1,5 mA. Questo ciindica che una variazione di 20 V dellatensione anodica è compensata da unavariazione di tensione di griglia di 2 V.Il rapporto tra la variazione della tensioneanodica e quella della tensionedi griglia, che hanno tutte e due sullacorrente anodica una influenza dellastessa grandezza ma di segno contrario,si chiama il coefficiente di amplifi­S-KmCNlA SS'COFFF 01 AHPUfJCAZIQHE cazione della valvola. Nel caso del nostroesempio è di 20:2 =10. QuestoV *-v *froi'lAC{v.^t)1 • RCSISTINU INTCftNAABlmA)coefficiente è chiamato così perchèesso si riferisce all'amplificazione piùforte che la valvola permette di raggiungere.Influenza della griglia.Vediamo ora quale influenza ha, sulla corrente anodicae su questo coefficiente di amplificazione la disposizione e laforma pratica della griglia. Vedremo più avanti come la mutuaposizione degli elettrodi nell'ampolla, influenzi le caratteristichedi funzionamento.Se la griglia è a maglie molto strette, l'influenza della tensionedi placca sulla emissione elettronica del filamento saràpiccola perchè poche saranno le linee di forza che potranno^

La valvola a tre elettrodi 41attraverso le maglie di griglia, raggiungere il filamento. Ecioè piccola la « percentuale » di linee di forza uscenti dallaplacca e che riescono a raggiungere il filamento. In questocaso mentre la tensione di griglia agisce totalmente sul filamento,la tensione di placca vi agisce solo per un D% di lineedi forza. Ciò si può esprimere anche dicendo che mentre piccolevariazioni di tensione di griglia, hanno grande influenzasull'emissione, le variazioni della tensione anodica avrannoun'influenza D volte minore.Appare allora chiara la relazione tra questa grandezza Ded il coeffìcente di amplificazione della valvola che indicheremocon K.Se le maglie di griglia sono molto strette (D molto piccolo),il coefficiente di amplificazione sarà molto grande e viceversa.Le grandezze D e K variano in ragione inversa, ma esprimonolo stesso fenomeno. Noi scriveremo precisamentee diamo a D il nome di « coefficiente di attraversamento » o « intraeffetto».Se -D è molto piccolo da potersi considerare zero, tantoda ritenere nulla l'azione della placca sulla emissione del filamento,allora noi possiamo ritenere che questa emissione siadovuta soltanto alla tensione di griglia v g ossia possiamo assimilareil triodo ad un diodo e scrivere l'equazione di Langmuirgià nota:in = 1.465 X IO' 5 X — X 1/vr \dove .in tal caso la corrente di emissione è soltanto quella digriglia i g e r è il raggio del cilindro di griglia.Ma per un certo valore di D diverso da zero, la placcaagisce sul filamento con Dv a linee di forza così che l'emissionetotale dipenderà da v g e da Dv a ossia dalla « tensione risultante »% =v g + Bv ae non sarà più soltanto corrente di griglia, ma corrente di grigliae corrente di placcaK*e — % r %

42 Parte prima • Capitolo quintoe la formula di Langmuir si potrà scrivere:i e = 1.465 x IO" 5X — x / (v g + Dv a fdove r in tal caso è il raggio del cilindro di griglia sulla qualesi suppone concentrata la tensione risultante v r .Per formarci un concetto più chiaro del coefficiente D,basterà pensare che esso ci dice quale influenza ha sul filamentola tensione di placca ossia quale è il campo elettrostatico placca-filamento,in rapporto al campo elettrostatico griglia-filamento.Così che se chiamiamo C, pf la capacità tra placca e filamentoe C gf la capacità tra griglia e filamento, possiamo scrivere:Se noi aumentiamo la tensione di placca v a , le curve diG.gg. 19 e 20 ci dicono che la caratteristica della valvola sisposta parallelamente a sé stessa verso sinistra. Poiché sullaemissione elettronica la placca influisce col termine JD . %,se la tensione di placca varia di una certa quantità d v a , la caratteristicadella emissione si sposta verso sinistra della quantitàJD x d v a . Questo ci permette di tracciare le caratteristicheper varie tensioni anodiche, una volta nota la caratteristicaper un valore di tensione anodica e noto il valore di D. Perv a inferiore a 40 volt, la caratteristica non si sposta più parallelamentea se stessa, ma presenta una « pendenza » minore.Nella fìg. 20CA=Dxdv a =Dx (100-80) =20xDe poiché abbiamo detto che CA = 2 risultae quindiVgf120 x D = 2 ossia D = —-K = — =10DIl coefficiente di amplificazione della valvola che ha lecaratteristiche della fìg. 20 è 10.

La valvola a tre elettrodi 43Ma non bisogna confondere questo coefficiente eli amplificazionecon quello che si può avere praticamente dalla valvolamontata in uno stadio di amplificazione.Una resistenza R è intercalata nel circuito anodico dellavalvola e noi ammettiamo inoltre che una tensione alternatae x regni tra la griglia e il filamento della valvola. Questa tensionepuò essere indotta dall'antenna per es. La corrente alternatache si produce nel circuito anodico in seguito alla tensionealternata e x sulla griglia, produce agli estremi della resistenzaR una differenza di potenziale che chiamiamo e 2 . Questa differenzadi potenziale può essere calcolata quando si conoscel'intensità della corrente anodica alternata. Questa correntepercorre due resistenze collegate in serie e cioè la resistenzainterna R { della valvola ela resistenza del circuito anodico.Per resistenza interna deltriodo intendiamo, come peril caso del diodo, il rapportotra una variazione piccolissimadi tensione di placca,dv a e la corrispondente variazionedella corrente diplacca di a quando la tensione di griglia rimane costante:R; = (l V ad Ì aLa resistenza totale è uguale a Ri + R. Abbiamo vistoda ciò che precede che una tensione alternata e, sulla grigliaproduce lo stesso effetto di una variazione di una tensione anodicaK x e ± nel circuito anodico, essendo K il coefficientedi amplificazione della valvola. L'intensità della corrente alternatache percorre la resistenza R è data allora dalla leggedi Ohm:K x é,Ri +RLa tensione che si produce agli estremi della resistenzaR è, sempre per la legge di Ohm, eguale al prodotto della correnteper la resistenza, dunque:

44 Parte prima • Capitolo quinto„ . T Be 2 = B x i = K x e t x 22, + B1« 2 =Ixe 1 x1T+ 1Quest'ultima espressione è massima quando il denominatoreè più piccolo possibile, cioè quando la resistenza B è lapiù grande possibile. Nel caso dunque di una resistenza B infinitamentegrande, -=- = o e l'espressione diventae 2 — K x e tSembra dunque che in questo caso limite, la tensione e 2che si produce agli estremi della resistenza B sia eguale a Kvolte la tensione iniziale tra la griglia e il filamento. Questatensione e 2 può a sua volta essere trasmessa alla griglia dellavalvola seguente dove può essere amplificata una nuova volta.È impossibile dare alla resitenza B un valore infinitamentegrande, e non è dunque possibile ottenere con una sola valvolaun'amplificazione che abbia il valore del coefficiente diamplificazione della valvola. Prendiamo per es. una valvoladel commercio, la valvola Philips A 425 per l'amplificazionea resistenza. Il coefficiente di amplificazione di questa valvolaè 25; il valore della resistenza interna è di 50.000 ohm e supponiamoche la resistenza B abbia un valore di 200.000 ohm.Praticamente si ottiene allora un'anrplificazione per stadio diossia200.000e 2 =25 x e x x 200.000 + 50.00020 x e xSi realizza dunque per stadio un'amplificazione di 20.e 2Se B = B t si ha l'amplificazione per stadio K sf = — =e iNella fig. 21 il condensatore di blocco G ha lo scopo diimpedire che la tensione anodica della batteria di placca,

La valvola a tre elettrodi 45passi alla griglia della seconda valvola e la resistenza R g detta« resistenza di -fuga » o di « dispersione » di valore molto elevato(fino a 4 -r- 5 M £l) inserita tra la griglia ed il catodo della valvolaV 2 ha lo scopo di derivare le cariche elettrostatiche dellagriglia e di dare a questa una tensione media di polarizzazionedi 1 a 1.5 volt sopra il potenziale del catodo (valvola detectrice).Il condensatore G deve essere abbastanza grande per permettereil passaggio delle oscillazioni di alta frequenza. Laresistenza B y non deve essere superiore alla resistenza di isolamentodel condensatore C.La nozione con la quale bisognerà familiarizzarsi adessoè quella di pendenza delle caratteristiche cioè il rapportoA Brappresentato dalla figura 20.AB rappresenta un certo numero di mA e AC una tensionedi griglia di un certo numero di V. La pendenza è dunquerappresentata in mA per V. Così nell'esempio dato si nota cheuna variazione della tensione di griglia di 2 V corrisponde a unavariazione di corrente anodica di 0,75 mA. La variazione dellacorrente anodica raggiunge dunque per ogni V di variazione0,75di tensione di griglia —-— = 0,375 mA per V. e la pendenzadella valvola è dunque di 0,375 mA/V. In ciò che segue vedremoche per le valvole amplificatrici e sopratutto per la valvoladi uscita è importante realizzare una forte pendenza, cioèè importante che una piccola variazione della tensione digriglia produca un notevole cambiamento nella correnteanodica.Se si pensa al funzionamento del triodo, appare chiarocome questa pendenza sarà tanto più grande quanto più grandesarà l'influenza della tensione di griglia sull'emissione e cioèquanto più strette saranno le maglie di essa griglia e quindiquanto più piccolo sarà D (o anche quanto più grande saràK). La pendenza 8 del triodo varia dunque in ragione inversadi B.Consideriamo ora la resistenza interna del triodo B^. Essaè infinita quando l'emissione è zero (nell'ampolla vi è allorail vuoto più spinto) e andrà diminuendo con l'aumentare dell'emissione(per una data tensione di griglia) ossia con l'aumen-

46 Parte prinw - Capitolo quintotare della pendenza 8. Le due grandezze 8 ed Ri variano perciòin senso inverso e quindi il loro prodotto è costante. Essoè precisamente eguale a -— :o anche8 x B i =~ =K8 x Ri X D = 1Questa espressione, trovata dal Barkliausen è nota sottoil nome di equazione interna del triodo.

CAPITOLOVI.Il triodo usato come amplificatoredi bassa frequenzaLo scopo dell'amplificazione di bassa frequenza è quellodi amplificare i segnali già raddrizzati dal detector per renderliudibili in altoparlante. Se si tratta della ricezione di musicaè necessario sopratutto che l'amplificazione non provochialcuna distorsione. I suoni vocali e musicali si compongonoin generale di una nota fondamentale alla quale si sovrapponeun numero più o meno grande di armoniche la cui intensitàè variabile. Il numero e l'ampiezza relativa delle armonichedetermina il timbro del suono. Affinchè il rapporto tra i diversisuoni resti invariato occorre che essi siano tutti amplificatinella stessa misura altrimenti il timbro verrà modificato.L'amplificatore di bassa frequenza deve dunque essere capacedi amplificare uniformemente tutte le frequenze udibili interessate,cioè tutte le frequenze tra 50 e 10.000 periodi al secondo.Quando ciò non avviene l'amplificazione è deformata.La deformazione nell'amplificatore di bassa frequenzapuò provenire dall'uso di valvole inadatte o da una cattivaregolazione o ancora da accoppiamenti parassiti esistenti trale diverse parti dell'amplificatore di bassa frequenza. Noi nonparleremo qui che della valvola soltanto.Tra la griglia e il filamento della prima valvola amplificatricedi bassa frequenza agisce una tensione variabile cheprovoca delle variazioni di corrente anodica nella valvola.Se queste variazioni di corrente anodica sono l'immagine fedeledelle variazioni della tensione di griglia, non si avrannodeformazioni. Questo avverrà quando la parte utilizzata

48 La valvola a tre elettrodidalla caratteristica della valvola è rettilinea. Un esempio diquesto caso è rappresentato nella figura 22.Si vede in questoesempio che la formaVARIAZIONI DI CORRENTE DI PLACCAdelle variazioni dellacorrente anodica èinfatti completamenteidentica a quelladelle variazioni dellatensione di griglia.Questo cessa di avvenirequando le tensionidi griglia sonoin una regione dovela caratteristica nonè rettilinea, ed è ciòALTERNANZA DELLA CORRENTE DI GRIGLIAFig. 22.vocano delle variazionicoprono la parte curvadella caratteristica,così che la formadella corrente anodicadifferisce daquella della tensionedi grigliaPer ottenere unaamplificazione puranon è sufficiente tuttavialimitare il funzionamentoalla parterettilinea della caratteristica.Questaparte deve inoltre es­di correnteche rappresenta lafig. 23, nella qualele variazioni di tensionedi griglia proanodicache in parteFig. 23.sere situata interamentenella regionedelle tensioni negativedi griglia, così che le fluttuazioni della tensione di griglianon possono mai comunicare alla griglia stessa una tensione

triodo usato come amplificatore

50 Parte prima - Capitolo sesto-i2 -eFig. 25.glia e il filamento della valvola di uscita una batteria di tensionedi griglia di 15 V almeno.Per ciò che riguarda il punto sul quale la valvola deveessere regolata, questo deveessere situato nella parte rettilineadella caratteristica.Esaminiamo per es. la caratteristicadella valvola rappresentatadalla figura 19(pag. 39).Per una tensione anodicadi 100 V la correnteanodica cade già a 0 con unatensione negativa di grigliadi 17 Y. Quando per questatensione anodica noi applichiamoalla griglia una tensionedi 15 V, noi regoliamoquesta valvola a un puntoche si trova nella parte bassa della caratteristica e non nelpunto di mezzo come è più conveniente. Spingendo la tensioneanodica fino a 150 V per es., si ottiene uno spostamento dellacaratteristica verso sinistra, ma anche allora lo spazio disponibilenon è sufficiente per delle tensioni alternative di grigliacosì elevate. In questo caso bisogna dunque ricorrere ad unavalvola di altro tipo per la quale, come appare dalla caratteristica(fig. 25), le tensioni alternative di griglia possonoraggiungere 15 V e oltre senza sovraccaricare la valvolastessa (B 403 p. es.). Occorre peròintendersi su tali valori. Le caratteristicheora viste sono quelle che si ricavanoeffettuando la misura della correnteanodica i a in funzione della tensionedi griglia v g e per un dato valoredella tensione anodica v a a mezzo diuna disposizione come quella riportatain fig. 26.Il solo valore ricavabile immediatamenteda queste curve è la pendenza statica *S y (figura 27),che è data dalla variazione di i a corrispondente a 1 volt divariazione della tensione di griglia.

triodo usato come amplificatore di B. F. 51Col calcolo si possono anche dedurre il coefficiente diamplificazione K e la resistenza B { .Questa caratteristica non serve a grandi cose; essa infattinon dovrebbe servire ad altro chea indicare al dilettante la giustatensione di polarizzazione di griglia.Ma applicando alla griglia latensione di polarizzazione consigliatadal costruttore egli constatache la valvola lavora non lontanodal ginocchio inferiore della caratteristica;d'altra parte si insistecontinuamente sulla nozioneche la polarizzazione deve esseretale che il punto di funzionamentosia il punto di mezzo della parte rettilinea della caratteristicaa sinistra dell'ordinata 0.Segue da ciò che alla valvola viene quasi sempre applicatasulla griglia una tensione di polarizzazione sbagliata,generalmente troppo debole.Per ovviare a queste diverse cause di errore è più utiletracciare la caratteristica I a =f(V a ).Consideriamo da una parte una valvola inserita normalmentecon un trasformatore di accoppiamento nel circuito digriglia e un altoparlante nel circuito di placca (figura 28) ed'altra parte la curva statica I a in funzione di V g (figura 29).L'altoparlante è, per semplicità, assimilato a una resistenzaohmica B. La griglia è negativa a un valore — V g mentreche la tensione di placca V a èeguale alla tensione della batteriao sorgente di alta tensionemeno la caduta di tensione nellaresistenza B causata dalla correnteanodica permanente o correntedi riposo Ia 0 (corrente anodicaper tensione di griglia egualea zero): V a —V b — B x Ia 0 .Supponiamo che una f. e. m.alternata di valore massimo e sia applicata, a mezzo del trasformatore,alla griglia. La semionda positiva a b aumenta V (fe quindi anche Ia 0 che diventa I x .

52Parie prima - CapìtolosestoLa tensione anodica V a diventa invece V b — R x I,,quindi diminuisce.Ma a questo nuovo valore corrisponde una nuova caratteristicache porta la corrente anodica a un valore minoreI a . Lo stesso fenomeno si produce per la semi alternanza negativaed. In tal caso Ia 0 diventa I y e la tensione di placcaV a diventa V b — E x 1^; la corrente anodica corrispondenteal punto di tensione di griglia (J è I b .I valori I x e I y sono dei valori che noi chiameremo « statici», mentre I a e I b sono dei valori « dinamici ».L'effetto studiato si riassume in altri termini in un « freno »delle variazioni di corrente anodica dovute alle variazionidella tensione di placca, cioè in una diminuzione della pendenza8.Riunendo i punti I b , Ia 0 , I a siottiene la caratteristica dinamicadella valvola dalla quale possiamoricavare il valore reale della pendenzain funzionamento, cioè la 8dinamica.Noi constatiamo che la 8 dinamicaè più piccola della 8 statica,ed inoltre che la parte rettilineadella caratteristica è più lunga; èFig. 29.per questo ultimo motivo che si devepolarizzare la griglia ad un valore che a priori sembra errato.Notiamo qui che l'assimilazione di un altoparlante a unaresistenza ohmica è una causa di errore, poiché un circuitoche presenta della induttanza provoca un funzionamento nonsulla parte rettilinea di caratteristica I b — I (n ma su un'ellisseil cui asse maggiore coincide con questa parte.Tuttavia il nostro ragionamento precedente permette direnderci conto in maniera relativamente chiara della diminuzionedi 8.Nel caso di una valvola di uscita, come nel caso di unavalvola amplifìcatrice di alta o di bassa frequenza, la diminuzionedi 8, e per conseguenza del coefficiente di amplificazioneK (K = 8 x Ri), è un fenomeno che si può considerarecome « nocivo ». Tutti i nostri sforzi debbono dunque tenderealla costruzione di una valvola dai valori dinamici eguali aivalori statici.

Il triodo usato come amplificatore di B. F. 53Vedremo, parlando dei pentodi a quali artifici si ricorreper ottenere questo scopo.Se una valvola simile deve trasmettere una grandeenergia all'altoparlante, le variazioni della corrente anodicaprodotte da quelle della tensione di griglia devono essere anchepiù forti possibili affinchè una corrente alternata più potentepossibile sia trasmessa all'altoparlante. Questo esige una fortependenza della caratteristica della valvola. Le valvola la cuicaratteristica è rappresentata in flg. 30, avente una pendenzadi 1,4 mA/V soddisfa abbastanza bene a queste condizioni ( 1 ).Per terminare il nostro studio delle valvole amplifìcatricidi B. F., ricerchiamo ancorain quale maniera si può ottenere,sulle caratteristiche,un grande spazio di griglia.Dalla definizione del coefficientedi amplificazione risultache il punto della caratteristicaper il quale lacorrente anodica si riducea zero, cioè a dire il puntoin cui la caratteristica finisce,si determina dividendola tensione anodica per ilcoefficiente di amplificazione.Per la valvola le cui caratteristichesono riportate nellatìg. 30 si può così trovareil punto di partenza dellaVpm

54 Parte prima - Capitolo sestoun grande spazio di griglia, cioè una valvola di uscita che possaadattarsi a forti variazioni della tensione di griglia, è dunquenecessario realizzare una valvola avente un debole coefficientedi amplificazione. Questa considerazione ha indotto acostruire, accanto a valvole con coefficiente di amplificazionedi 6 e di 5, anche tipi di valvole di uscita con coefficiente diamplificazione 3.Calcolo della potenza di uscita.Prima di chiudere questo argomento della B.F., vediamocome si calcola la potenza di uscita di una valvola finale. Lafìg. 31 si riferisce ad una valvola finale sul cui circuito anodico vainserita la resistenza R ache, per ora, supponiamopuramente ohmica.Nella fìg. 32 immaginiamosia AB la caratteristicastatica dellavalvola resa tutta rettilinea(in realtà essapresenta, come sappiamo,un ginocchio inferioresul quale le variazionidi tensione digriglia non debbonogiungere per evitaredistorsioni. Il punto Bè ottenuto allora prolungandoil tratto rettilineodella caratteristicastessa). Sia E D la polarizzazione di grigliav g = EDImmaginiamo per un momento di scegliere questa polarizzazionein maniera che il punto C sia il punto medio deltratto rettilineo di caratteristica A B, ossia D sia il punte»medio di B E e quindi1 t> av a , v aPoiché, come è noto B E = —=r (In realta -=- e il trattoK v A

iriodo usato come amplificatore di B. F.55compreso fra il punto E e la fine del ginocchio inferiore dellacaratteristica, ossia il tratto E B della fig. 33). In tal caso leoscillazioni massime ammissibili, per e 9ì saranno dio — o v —L(mA)Fig. 82.Questo caso però è teorico perchè:a) la curva pratica non è rettilinea, ma presenta unginocchio inferiore;b) in funzionamento la curva caratteristica non è quellastatica A B, ma quella dinamica H G.Eimanendo nel caso teorico della caratteristica staticaabbiamo, per la legge di ohm, il valore massimo di i a nel circuitoanodico, dato dal rapporto fra la tensione alternataanodica e la resistenza totale ossiaVa wtit/r.Ke 6dove K . e a è la tensione anodica alternata dovuta ad unaoscillazione e gsulla griglia ed R; la resistenza interna dellavalvola. Sarà h effm* + R a ) '

56 Parte prima - Capitolo sestoLa potenza di uscita o potenza utile della valvola è quelladissipata nella resistenza R a (altoparlante) che abbiamo suppostapuramente ohmica, essa sarà perciòK* . e? . R nu a X a~ ~ 2(Ri + R a )*Questa potenza è massima quando, rimanendo costantee ;n E a = Ri ed allora essa diventaK*. e*W — —'' u max o r>e ricordando la relazione del Barkhausen 8 x R 7 - = K ossiaKRi = -=- si può anche scrivere1W K N e 2Se invece noi facciamo variare e g , p. es. regolando opportunamentelo stadio di amplificazione precedente, si ha ilmassimo di potenza quando R a = 2 . JB i ed alloraW = — = — K & e 2'' u max n 9^ r> 9 n " w '

Il triodo usato come amplificatore di B. F.573 j ^Se supponiamo un rendimento (rapporto fra la potenzautile W u e la potenza fornita W e = v a i a ) del 25% (astraendodalla potenza V f i] fornita al filamento)w _ .„ x w _ gg_ljg -Va • l °rr« max • 'i /\ rr e — . t 16è quindi inutile avere una valvola con emissione i 0 più grande1di —- i a poiché aumentando i a aumenta W a , ma nello stessotempo diminuisce il rendimento e quindi la potenza di uscitaresta sensibilmente la stessa.Dalle fìg. 32 e 33 ci appare un metodo relativamente sempliceper ricavare rapidamente la potenza utile massima diun triodo, nota la caratteristica. L'area del triangolo E B Av(fìg. 32) o E J3' A (fìg. 33) è eguale alla base —=- per la metàdell'altezza i 0A = area del « triangolo della potenza » =21V a X 4 t m a V a % ancirca21 Kda cui si ricava nel caso di un rendimento v\ = 25 % :W u max — A X2KK^ n — A X"16"i m è la corrente anodica normale che è quella che, di solito,le case costruttrici indicano per una data polarizzazione digriglia e per una data tensione anodica.Non sempre però il rendimento è del 25% ed alcune casecostruttrici indicano alcune formule che danno questo rendimentoin funzione di v a e di K.Esempio 1°. — La fìg. 34 si riferisce ad una valvola amplifìcatricedel commercio. I dati sono quelli forniti dalla Casacostruttrice. L'area del triangolo A risultaA = -~x 2 i m = 45 x 2 x 0,030 = 2,7 Watt

58 Parte prima - Capitolo sesto400(In realtà= 50, ma noi sappiamo che la differenza50-45 non deve venire utilizzata per evitare distorsioni)KLa Casa costruttrice indica, per questa valvola, propriola potenza di uscita di 2,7 watt.t**08NL a CmA)t/*1,oAÌ4=ìomA(yy=-3WJw a ~ 12Wg=6R.Ì = /eoo Jl-fio -é>o -46-4o-SV -ÌOFig. 34.Calcoliamo questa potenza con la formula teoricaW = —- K 8 e 2" u max t~, • •**• • *-> • v gDalla caratteristica si ricava che la corrente anodica normaledi 30 mAmp si ha per una polarizzazione di griglia di34 volt v„ — 34 volt

il triodo usato come amplificatore di B. F. 59con la quale, le oscillazioni massime ammissibili per e g senzaavere distorsioni, sono date da 2 B D (fig. 32) ossia daed allora si haW2 V„ Y„e„ = 4 K 2 K25 VoltX 8 X 0.005 x 625 = 3.125 wattì a CmA)-/oo -ae -èo -52 ~4o-9f -2oFie. 35.la quale deve essere considerata come un massimo teoricoda non raggiungersi per quel che abbiamo detto sul rendimento.Il rendimento indicato dalla Casa costruttrice per questa valvolaE 408 (astraendo dalla potenza di accensione) è del 23 %col quale la potenza utile ottenibile non oltrepassa il valoredi W u max = 12 x 0.23 = 2,76 watt circa.

60 Parie prima - Capitolo sestoEsempio 2°. — La fig. 35 si riferisce ad un'altra valvoladel commercio. Con i dati indicati si ha una potenza di alimentazioneW e = 440 x 0,028 = 12.32 watt.Dalla caratteristica si ricava A ==52 X 2 X 0,028 = 2.9 ew;== AK= 2.9 X 2.54 watt.Con la formula teorica si ha v g — 39 voltv a 880= 2 4 K 2831.4 volt eW, = —rX 7 x 0.002 x 986 =1.8.watt circa.Il risultato ottenuto in questo caso è più basso a causadella pendenza minore che presenta questa valvola rispettoalla precedente. Si può però in tal caso aumentare le oscillazionidi griglia con un rendimento del 23% ed allora si haW u max = w. X 7J =12.32 X 231002.84 circa.Poiché ha grande importanza la tensione alternata digriglia massima e g che la valvola può ricevere senza produrredistorsione, diamo qui sotto questo valore per alcuni triodidi uscita da noi controllati.Valvola usataTensione alt.max egin voltPotenza di uscitacalcolata con la8Potenza del localeper il qualeè sufflcentela potenza WuPotenza indicatadalla casacostruttricePhilips D 404» E 406» E 408 N» F 410MG |V 8 ow.circa 20» 172326600,7 watt1,4 »2,64 »6,76 »lisala uorm.sala »» »1000 (m 3 )2000 (m 3 )1,1-lwatt.1,9-2 »2,6-2,7 »6,2 »14,4 »Calcolando la potenza di uscita W u con la formula vista= — xK x s x e g 2 si hanno risultati molto prossimi ai reali.La potenza massima di uscita dipende naturalmenteanche dall'intensità del segnale che si riceve, dal trasformatoredi uscita ecc., mentre il risultato finale è anche influenzatodalla qualità degli altoparlanti, dalla sonorità della sala, ecc.

triodo usato come amplificatore dì B. F. 61Le cifre riportate danno solo un'idea approssimativa dellarjotenza ottenibile.La tabella sottostante riporta alcuni triodi del commerciocon i dati principali e la potenza utile.Tipo di valvolaTensioneanodicaVaTensionedi polarizzazioneVgPotenzadi alimentaz.WePendenzaSResistenzainternaRiCoeff.diamplif.KPotenzautileWuPhilipsTelefuukenGecoE 408 iV-P410£"406D404RV 218RV 24P410P 625 AL So A400550250200440440150200400343624303938,510,539112122512612,5171,55145863,5231,52,31,116001250100010003615005000160027508106476,77,53,72,52,76,31.122,73,71,5532.5

CAPITOLOVII.Amplificazione di A. F.L'amplificazione di alta frequenza ha luogo prima dellarettificazione, l'amplificazione di bassa frequenza dopo diquesta. Lo scopo dell'amplificazione di alta frequenza è quellodi amplificare, prima della rettificazione, i segnali debolissimiche altrimenti non agirebbero sul detector. L'amplificazionedi alta frequenza rende l'apparecchio ricevente adatto allaricezione di stazioni lontanissimeo debolissime,mentre che l'amplificazionedi bassa frequenzapermette all' apparecchiocostruito per la ricezionein cuffia di riceverein altoparlante.JSTe segue che letensioni alternative sullagriglia di una valvoladi alta frequenza hannosempre una debolissimaSCHEMA 01 MigrWm 01 UN APPARECCHIO CONAMPLIhlCAllONE,DIALTA FREQUENZA ( MONTAGGIO C 11 g )yjy AMPLIFICATOREAAMPLIFICATOREFig. 36.ampiezza, così che lo spazio di griglia di una valvola simile nondeve essere grande. Per la funzione amplificatrice di alta frequenzasi può dunque scegliere senza inconvenienti una valvolaavente un coefficiente di amplificazione elevato chepermette d'ottenere una forte amplificazione per stadio. D'altraparte sono sufficienti delle tensioni anodiche deboli rispetto

64 Parie prima - Capitolo settimoa quelle usate in bassa frequenza. Per la amplificazione diA F sono indicati per es. triodi i cui coefficienti di amplificazionesiano 10, 25 o più. La pendenza tuttavia non deve esseretroppo forte perchè in certi montaggi amplificatori dialta frequenza potrebbe provocare degli inneschi spontanei.Questi sono nocivi per es. in un montaggio dove il circuitoValv. R 56&Ma6420-15v -40 -5 0 +5 -MOVFig. 37.Vg.anodico della valvola amplifìcatrice di alta frequenza comprendeun circuito sintonizzato (fig. 36).Con un'antenna esterna uno stadio di amplificazionedi alta frequenza è sufficiente per la ricezione delle stazionitrasmittenti europee più importanti. Per la ricezione su quadroo con piccola antenna interna è necessario stabilire duestadi di alta frequenza ed è anche necessario, per combatterel'innesco, ricorrere alla neutralizzazione.

Amplificazione di A. V. 65Le figure 37 e 38 mostrano le caratteristiche di valvoleindicate per FA. F.Calcolo di un amplificatoredi A. F.Per il calcolo di nno stadiodi A. F. valgono le normegenerali riportate a pag. 43 eseguenti. Riferendoci ancora allafig. 21 ricordiamo la relazionetrovata dell'amplificazioneper stadio K st :K« = K1 + UnNoi abbiamo supposto la resistenzaE a puramente ohmica,ma è noto che di solito essa è costituita da una bobina che presentauna certa induttanza ed una certa capacità distribuita,non sempre trascurabili. Occorre perciò sostituire ad R a l'espressionedell'impedenza Z n = 1/ jg a _L i 2 TZ f L1Xy \;2izfcdove L e C sono la selfinduzione e la capacità del circuitoesterno di placca.Ma anche la capacità interna del triodo entra in giocoe non si può sempre trascurare. Vediamo come si può calcolarein funzione delle due capacità parziali C gf tra griglia e filamentoe C pg tra griglia e placca.Per effetto di queste due capacità la griglia viene caricataal potenziale V g e la placca al potenziale V g + V a (quest'ultimaè somma aritmetica nel solo caso in cui v g e v a sono infase cioè quando nel circuito di accoppiamento vi è solo resistenzaohmica).La carica Q g della griglia è allora data da (ricordando l'espressioneQ =7 x C):jLe ampolle elettroniche. — 5Q

66 Parte prima - Capitolo settimoE la capacità della valvola, rapporto tra carica e tensione, èn -^g- n ia 9 r

Amplificazione di A. F. 67K st = — K La resistenza dovuta alla capacità di 20 cm. dizmezza dunque l'amplificazione della valvola.Le bobine da usarsi per l'A. F. debbono possedere unainduttanza non superiore a di Henry e qualche centimetrosoltanto di capacità.I triodi debbono essere di capacità interna (specialmentetra griglia e placca) molto piccola.

CAPITOLO VIII.La valvola a tre elettrodi come detectricePer la rettificazione occorre fare la distinzione tra le ondecontinue e le onde smorzate. Le prime quando sono modulatecostituiscono l'emissione telefonica e debbono allora esserecomprese tra i segnali smorzati. La ricezione delle onde continuepresenta poco interesse; noistudieremo perciò la rettificazionedelle onde smorzate e delle onde continue modulate. Da ciòche si è detto riguardo le caratteristiche, è chiaro che per larettificazione la valvola deve essere regolata a un punto dellaparte curva della caratteristica, poiché soltanto allora la variazionedella corrente anodica prodotta durante l'alternanzapositiva della tensione di griglia differisce dalla stessa variazioneprodotta durante l'alternanza negativa di questa tensione.Yi è dunque un effetto di raddrizzamento che costituisceappunto una rettificazione. Si potrebbe dunque ottenere larettificazione applicando la tensione di alta frequenza tra lagriglia e il filamento della valvola e fissando il punto di funzionaméntosu una regione curva della caratteristica. Questarettificazione è detta per «corrente di placca»; essa è pocoapplicata a causa della sua scarsa sensibilità.Si usa molto più spesso la rettificazione detta « per correntedi griglia », per la quale l'effetto di raddrizzamento è ottenutoregolando la valvola sulla parte curva della caratteristica dicorrente di griglia. Per caratteristica di corrente di griglia

70 Parte prima - Capitolo ottavos'intende la curva che lega tra di loro la corrente e la tensionedi griglia. La corrente di griglia comincia a circolare quandola griglia è positiva rispetto al filamento. Per la rettificazioneè dunque indispensabile che la griglia sia portata ad un potenzialepositivo rispetto al filamento, e ciò si realizza connettendola resistenza di fuga sull'estremo positivo del filamento. Laregolazione di questa resistenza permette inoltre di agire sulvalore del potenziale della griglia. Questa regolazione dellatensione di griglia al valore più favorevole, cioè al valoreche assicura la migliore deteczione, è una delle funzioni dellaresistenza di fuga. Il montaggio normale della valvola detectriceè rappresentato dalla figura 39.FUNZIONAI EMO DEL CONDENSA TORE DI Nel circuito di grigliaBRIGLIA SHUNTATOsi intercala un condensatoreC„ mentre la resistenza difuga R x è connessa tra la grigliae l'estremo positivo delfilamento. La figura mostraciò che succede in tal caso.A sinistra sono rappresentatele oscillazioni smorzateFig. 39.come quelle che sono indottetra la griglia e il filamento.Ammettiamo che il condensatoreG R sia caricatopositivamente dalla primaalternanza del treno d'onde incidente. Una stessa quantità dielettricità negativa è allora trattenuta dall'armatura collegataalla griglia mentre che una quantità di elettricità positiva èspinta verso la griglia.Per maggiore facilità ammettiamo che non vi sia resistenzadi fuga. La griglia resa positiva attira un certo numerodi elettroni che non possono più abbandonarla essendonebloccati dal condensatore.Il risultato è dunque che a ogni alternanza positiva lagriglia ammassa un certo numero di elettroni. Durante l'alternanzanegativa la griglia è negativa rispetto al filamento, edessa non attira dunque alcun elettrone; d'altra parte la caricanegativa non può dissiparsi e l'arrivo di un treno d'onde caricadunque negativamente la griglia ad un potenziale che aumenta

La valvola a tre elettrodi come detectrice 71costantemente, ciò che genera una diminuzione continua dellacorrente anodica.La corrente anodica dunque segue le variazioni di altafrequenza della tensione di griglia ma diminuisce anche gradualmentedi valore. Alla fine del primo treno d'onde la grigliadeve essere liberata della sua carica negativa supplementaree questa è la seconda funzione della resistenza di fuga. Infattidurante lo spazio di tempo che separa due treni d'onde, questaresistenza permette alla griglia di perdere la sua carica negativa.Tutto ciò è rappresentato dalla figura. La stessa cosaricomincia nel treno d'onde seguenti e la corrente anodicasubisce dunque una diminuzione ogni volta che vi è un trenoin arrivo. Se i segnali smorzati sono per es. composti di 1000treni d'onde per secondo, vi sarà dunque una diminuzione dicorrente anodica 1000 volte per secondo e la membrana deltelefono è attirata 1000 volte per secondo e produce un suonodi 1000 periodi per secondo.Se invece si tratta di un segnale continuo modulato, lasituazione è perfettamente la stessa poiché un segnale modulatonon differisce essenzialmente da un segnale smorzato.Il valore della rettificazione è in primo luogo determinatodalla forma della caratteristica della corrente di griglia. Questaè all'incirca la stessa per tutte le valvole e da questo punto divista tutte le valvole possono compiere la funzione di detectrice.Ma le variazioni di tensione di griglia sono convertitein variazioni di corrente anodica e queste ultime sono tantopiù grandi quanto più la pendenza della valvola è forte. Lamigliore valvola sarà dunque quella avente la più forte pendenzapurché, ben inteso, la deteczione sia regolata al puntopiù favorevole della caratteristica di corrente di griglia. Ilcoefficiente di amplificazione non ha grande importanza nellarettificazione.

CAPITOLOIX.Il triodo come oscillatoreGeneralità,Lo studio dettagliato del triodo trasmittente ossia deltriodo usato come generatore di oscillazioni, ci porterebbe troppolontano e noi accenneremo perciò soltanto ai principii generali.Un triodo trasmittente non differisce sostanzialmente daun triodo ricevente; esso è identico salvo la maggiore potenzaossia la maggiore corrente di saturazione, la più alta tensioneanodica e, in generale, le più grandi dimensioni materiali.Immaginiamo di « eccitare » uno di tali triodi con una correntealternata di alta frequenza applicata alla griglia. Leoscillazioni di questa corrente, amplificate, passano nel circuitodi placca. Se noi riportiamo, con un opportuno sistemadi accoppiamento, le oscillazioni di placca di nuovo sulla griglia,esse torneranno ad essere amplificate e passeranno dinuovo nel circuito di placca e così via; queste oscillazioniarriveranno ad un massimo limitato dalla caratteristica deltriodo come accenneremo in altra parte di questo volume.Nasce così il concetto di « reazione » il quale non è nuovo inmeccanica. Nelle macchine a vapore per es. il cassetto distributoreviene spostato dal volante e permette il passaggio delvapore (tensione continua) al di sotto o al di sopra dello stantuffoche comanda a sua volta il volano, l'azione del qualeritorna a ripetersi sul cassetto e così di seguito.

74 Parte prima - Capitolo nonoAnche in un orologio a pendolo vi è applicato il principiodella reazione.La tensione continua di un peso tende a far girare unaruota dentata la quale mette in moto il pendolo a mezzo di unaàncora, ma il moto del pendolo è tale che con l'ancora ad essosolidale permette il movimento a scatti della ruota dentata.Nel caso del triodo il fenomeno è analogo : vi è una tensioneFiR. 40.continua, quella di placca, la quale permette alle oscillazioni digriglia di venire amplificate fino al massimo. Ora tanto nelcaso del cassetto distributore, quanto nel caso del pendolo,occorre che la tensione continua a disposizione venga interrottao inserita al momento giusto per permettere al movimento dicontinuare (con linguaggio tecnico diremo che la tensione deveavere la giusta frequenza e la giusta fase).Questa inserzione e disinserzione della tensione continuaviene effettuata, nel primo caso dal volano (di solito solidalecon le ruote) e nel secondo caso dal pendolo.Ora consideriamo il circuito di 'fig. 40. La tensione conti-

triodo come oscillatore75ima di cui abbiamo parlato è qui rappresentata dalla tensioneV a della batteria B.L'accoppiamento del circuito di placca con quello di grigliaper permettere il ritorno delle oscillazioni dalla placcaalla griglia, avviene a mezzo delle bobine L Al (o meglio delcircuito oscillante L A C) ed L G .Ora per « manovrare » il circuito oscillante L A C dobbiamoprocedere come nel caso del cassetto di distribuzione e delpendolo, cioè dobbiamo interrompere ed inserire la correnteFig. 41.continua anodica con la frequenza e con la fase appropriataal circuito. La corrente nel circuito oscillante si stabiliscequando la placca ha tensione positiva, si interrompe quandola griglia si collega alla tensione negativa.L'accoppiamento tra il circuito di placca e quello di grigliapuò anche avvenire a mezzo di una capacità (fìg. 41); si haallora la « reazione capacitativa » mentre si chiama « reazionemagnetica » quella del caso precedente.La fìg. 42 mostra la maniera di ottenere la reazione magneticainserendo il circuito oscillante sulla griglia ed accoppiandocon esso una bobina disposta nel circuito di placca.

76 Parte prima - Capitolo nonoTeoria dei triodi trasmittenti.Immaginiamo di conoscere i valori del circuito oscillanteo di lavoro e cioè L, C, R e siano e g la tensione alternata digriglia ed e a quella alternata di placca.Sia invece V a il valore della tensione continua di placca.jSToi ci riferiamo alla fig. 40 per i generatori di oscillazioniin cui l'eccitazione della griglia viene prodotta dall'accoppiamentodei due circuitidi placca e di griglia eche chiamiamo ((generatoricon autoeccitazione »ed alla fìg. 43 per i generatori« con eccitazioneseparata » nei quali cioèla griglia viene eccitatada una sorgenteesterna.Quando la tensionedi griglia e g cresce, latensione anodica e a diminuiscea causa dellamaggiore caduta nel circuitoesterno. Cioè ledue tensioni di placca edi griglia, se noi le rappresentiamoriferite alFig. 42.tempo su uno stessodiagramma ci verranno rappresentate dalla fig. 44. Da ciòsegue che può capitare che il valore istantaneo della tensioneanodica diventi più piccolo della tensione di griglia ed alloranon tutti gli elettroni del filamento raggiungono la placca, mauna parte si ferma sulla griglia dando luogo ad una correntenel circuito di griglia e quando la tensione anodica oscilla sottolo zero, la corrente elettronica scorre tutta nel circuito digriglia e la corrente di placca è zero.La fig. 45 mostra la variazione della corrente elettronicatotale i e = i a + i a in funzione della tensione di griglia perdiversi valori della tensione anodica. A queste curve si dà ilnome di caratteristiche di emissione.

triodo come oscillatore 77Per potere rappresentarci le caratteristiche di lavoro diun triodo trasmittente ci riferiamo alle fìgg'. 41 e 42 e chiamiamocon R a la resistenza esterna del circuito di lavoro.Se la caratteristica del triodo si può considerare rettilineasi ricava:1°) Se R a è una pura resistenza ohmica, la curva dilavoro cioè la maniera di variare della corrente anodica LFig. 43.in funzione della tensione di griglia e g del triodo è una rettaKcon pendenza 8 — -^—^~E~J^Ì + ti a2°) Se la resistenza esterna è una bobina con induttanzaX, la curva di lavoro sarà un'ellisse; la corrente anodica i a èsfasata in ritardo rispetto alla tensione di griglia e g ed il suo1valore massimo è L mn.V R? + 4 ^ f i 2La curva di lavoro viene percorsa nel senso della freccia(fig. 46).3°) Se la resistenza esterna è costituita da un circuitooscillante di caratteristiche L x C x R la curva di lavoro è ancoraun ellisse che verrà percorsa nel senso della fig. 46 se prevale

78 Parte prima - Capitolo nonol'induttanza (frequenza propria del circuito oscillante maggioredella frequenza di eccitazione) e nel senso inverso se prevalela capacità (frequenza propria del circuito oscillante minoreFig. 44.della frequenza di eccitazione) nel qual caso la corrente i a èsfasata in anticipo rispetto alla tensione di griglia e g . Se invecela frequenza propria del circuito oscillante è eguale a quellaFig. 45.di eccitazione, allora questo circuito si comporta come unaresistenza ohmica di valore— e la curva di lavoro diventaC E

Il triodo come oscillatore 79(caso 1°) una retta con pendenzaK8 =E*LCEÈ questo il caso della sintonia.Dai diagranmi di lavoro sopra riportati si ricava cheun triodo si comporta come un generatore di corrente alternata(alternatore) con f. e. m. K e g e resistenza interna R^ ossiaK e g = R { i a — e a . (Questa formula è facilmente ricavabile dallerelazioni a noi note).ial?ig. 46.Se Ri è grande di fronte ad R a , caso più comune per grandivalori del coefficiente di amplificazione K, allora i a ed e g hannola stessa fase; per valori più grandi di R a , e g è sfasata sempredi più in anticipo rispetto ad e a .Abbiamo finora visto come varia la corrente anodicanel circuito di lavoro, variando la tensione di eccitazione, maadesso dobbiamo vedere quale è il momento migliore per« inserire » e quale quello per « disinserire » questa correntecosì come abbiamo accennato negli esempi del cassetto a vaporee del pendolo.Anzitutto consideriamo nelle fìgg. 47 e 48 una caratteristicadel triodo e la curva che ci dà la variazione di e„ col

80 Parte prima - Capitolo nonotempo. Dividiamo il periodo 0 A della tensione oscillantedi griglia in un certo numero di parti per es. 12 e su ogni punto'U fldi divisione troviamo i corrispondenti valori di e g (1, 2, 3...).Riportando questi valori nella caratteristica di fìg. 47Fig. 48.troviamo i corrispondenti valori di i a in ognuno dei tempi1 7 2, 3 ecc. Possiamo così tracciare il diagramma che ci dà lavariazione della corrente anodica col tempo (fìg. 49).

triodo come oscillatore 81Ottenuto il valore di i a è facile avere quello delle altregrandezze :tensione oscillante nel circuito di lavoro e„ = i a B a =LGB6a 'tnenergia nel circuito oscillante w u = —— e, se poi cono-sciamo la tensione continua anodica (batteria anodica) V a ,la potenza di tale batteria sarà w b = i a x V„ dove i a è ilvalore medio della corrente anodica ed il rendimento t\ =2tw bLa potenza nel circuito oscillante o potenza utile w u dipendeperciò, come si vede, dalla resistenza esterna R a . Se noitracciamo le curve che ci indicano come varia w u in funzionedella resistenza B a per diversi valori di e g (fìg. 50), vediamoche w u non va sempre crescendo, ma presenta un massimo epoi decresce. Vi è dunque un valore di B a che rende massimow u .Ma la potenza che un triodo trasmittente, può fornirenel circuito oscillante è limitata, oltre che dal valore di B a ,anche da un altro fenomeno.Gli elettroni emessi dal filamento ed accelerati dalla tensionedi placca si precipitano sulla placca ed in quest'urtoLe ampolle elettroniche. — 6.

82 Parte prima - Capitolo nonoperdono tutta la loro energia cinetica. La placca per questo« bombardamento elettronico » si riscalda, dissipando in caloreuna parte dell'energia fornita dal tubo. La potenza totale deltriodo è quindi limitata da questa potenza che la placca puòdissipare sotto forma di calore senza che essa si riscaldi tantofino a emettere dei gas che possono compromettere il funzionamentodella valvola o che giunga addirittura a fusione.Il valore di B a che rende massima la potenza w u prendeTicil nome di resistenza limite. Orbene la pratica ci dice che iltriodo emette la sua energia massima quando la resistenza totaletra Vanodo ed il catodo eguaglia, la resistenza limite. Facciamoun esempio:Vogliamo l'energia massima del triodo collegato ad un'antennadi resistenza di irradiamento B, capacità C e induttanzaL(flg. 51).Si trova che la resistenza limite B ìim = B a = resistenzatra i punti A e B ossiaB lini4 TT 2 f L \Bda cui Ll = "2T7•tC X J^Um.

triodo come oscillatore 83lìSTel caso della flg. 52 si haB lini Rn =L yR(7, 4 7T 2 / 2 j|f\Biferendoci alla fìg. 53 vediamo quali sono le grandezzecaratteristiche del triodo trasmittente.La potenza dissipata dal triodo sotto forma di calore nelcircuito di placca ci è data dal prodotto (v a + e a ) i a doveper e a ed i a si intendonoi valori mediidurante un periododella tensione anodicaalternata e a e dellacorrente anodica i a .Appare quindichiaro che perchèquesto prodotto siaminimo, è preferibileche la corrente i a sistabilisca solo quandoe a è minimo (comesegnato in figura) eche l'intervallo ditempo t 0 sia il minimopossibile.La potenza fornitaal triodo (potenza«impout» o potenzadi entrata) ci è datada Wi = v a x i a dove i a è sempre il valore medio della correnteanodica durante un periodo, valore che non deve oltrepassare1 / 3 della corrente di saturazione.Una parte di questa potenza viene dissipata nel circuitodi placca, come abbiamo visto, ma in altra piccola parte vienedissipata nel circuito di griglia nel quale si trova applicatala tensione di polarizzazione v g e nel quale scorre una correntei g quando la tensione alternata di griglia (e g + v g ) diventapositiva. Cosicché la potenza dissipata totale saràl'iliw v = (v a + e a ) i a + (e g + v g ) i g

84 Parie prima - Capitolo nonoLa corrente di griglia i g è normalmente compresa trail 15 ed il 25% della corrente anodica.La potenza utile ceduta al circuito oscillante di lavorosarà data dalla differenzaed il rendimento7) =«\W;w,«\ w,WiSe il tempo t 0 è una piccola frazione del periodo, questorendimento può essere anche di parecchio superiore al 50%.WiFig. 52.Di solito le Case costruttrici indicano la potenza di alimentazionee la potenza utile per diversi valori del rendimento.Nel caso teorico in cui la curva i a -t sia rettangolare ecopre un semiperiodo, si ha cioè il valore medio diallora la potenza di alimentazione sarài si a =-— ìWi =V a X % a = —la potenza utile si può anche rappresentare con&a X l a V a X l sW„ = =ed in tal caso il rendimento èw u 2'1 64%Wi T.

triodo come oseilìutore 85Nel caso di un oscillatore ad autoeccitazione (vedi fìg. 40)abbiamo già visto come un'oscillazione nel circuito oscillantedi lavoro viene indotta, attraverso la bobina di reazione, di nuovosulla griglia la quale a sua volta fa variare ancora la correnteanodica e quindi l'oscillazione nel circuito oscillante e così diseguito fino a raggiungersi quello stato, definito dalla caratteristicadel triodo, al quale diamo il nome di « stazionario ».In questo stato, perchè l'ampiezza e la frequenza delle oscil-Fig. 53.lazioni non variino, è necessario che la corrente anodica sia tantogrande che le oscillazioni nel circuito di lavoro, eccitate da essae la tensione ili griglia dipendente da queste, producano nel triododi nuovo una corrente anodica di fase ed ampiezza perfettamenteeguali alla fase ed alV ampiezza della corrente anodica originaria.Se la corrente anodica eccitata ha un'ampiezza più grandedi quella originaria allora si consuma più energia nel circuitodi lavoro che non, sotto forma di calore, nelle resistenze dismorzamento e le oscillazioni sono variabili. Se invece la cor-

86 Parte prima - Capitolo nonovenie anodica eccitata ha un'ampiezza più piccola della originaria(accoppiamento di reazione troppo debole) allora ilbisogno di energia nel circuito oscillante non viene più compensatodalla reazione e le oscillazioni possono disinnescarsi.Un ragionamento analogo ci porta a stabilire anche leesatte fasi.La fase della corrente anodica i a determina la fase dell'oscillazionedel circuito di lavoro e questa la fase della tensionedi griglia indotta attraverso la bobina di reazione, la qualedi nuovo (insieme con la fase della tensione anodica e a ) determinala fase della corrente anodica.Se la corrente anodica eccitata precede la originaria, allorala frequenza delle oscillazioni non è più costante: per ogni oscillazioneVeccitazione giunge troppo presto ed il risultato saràuna diminuzione della durata delle oscillazioni ossia un aumentodella, frequenza, {diminuzione della, lunghezza d'onda emessa).Se la corrente eccitata ritarda sulla originaria allora la frequenzadelle oscillazioni diminuirà (aumenterà la lunghezzad'onda emessa).Omettiamo il calcolo della ampiezza e della fase di questacorrente, calcolo che ci porterebbe troppo lontano e per ilquale rimandiamo i lettori ad un trattato speciale dell'argomento.

CAPITOLO X.T e t r o d iAbbiamo visto a pag. 27 quale influenza nociva abbiasulla emissione elettronica, la carica spaziale che impediscealle linee di forza uscenti dalla placca, di raggiungere il filamento.Per aumentare l'emissione elettronica per una datatensione anodica, occorre distruggere la carica spaziale evitandolo stato stazionario e quindi lo schermo alle linee di forza elettrica.Lo Schottky tra i primi ha risolto il problema mediantel'introduzione di una griglia ausiliare, posta tra il filamentoe la griglia normale.Questa seconda griglia va posta in prossimità del luogodove la carica spaziale ha la massima densità e va caricatapositivamente; essa funziona quindi come una seconda placca.Gli elettroni emessi dal filamento, chiamati con moto acceleratoverso questa griglia- ausiliare, la attraversano e si addensanodavanti alla successiva griglia normale riducendoquasi a zero la loro velocità. La densità della corrente di emissionee con essa la densità della carica spaziale risultano instretta dipendenza dal diametro del filamento e da quellodella griglia normale. Con un diametro del filamento di0.1 mm. e diametro della griglia normale di 10 mm. la densitàdeliacarica spaziale si riduce 1 ad 1/100 del valore primitivo(Moeller).E chiaro ora che variazioni anche piccole del potenzialedella griglia normale provocate dalle radioonde in arrivo, per-

88 Parte prima - Capitolo decimomettono ad una grande quantità di elettroni addensati davantiad essa, di spostarsi e, attraverso le sue maglie, di portarsitetrodo come amplificatoresulla placca.L'avere la origliagrigliaplaccaausiliare unacarica positiva nonrende più necessarioun alto potenzialedi placca perchètale carica concorrealla creazionedel campo elettrostaticoche devemettere in motogli elettroni delfilamento.Si ha perciò in definitiva una notevole riduzione del potenzialeanodico che deve essere presa in considerazione neigrigliatetrodo come detectorFig.Va 2-10 V.moderni tipi di apparecchi.Le Ugg. 54 e55 mostrano comeavviene l'inserzionedi questa valvola.Il morsettolaterale a cui fadi solito capo lagriglia ausiliare vacollegato al polopositivo della batteriadi placca eper il resto la valvolava considerata come un triodo comune. La pila segnatanel circuito di griglia della valvola adoperata come amplificatore,serve a dare a v 0 il valore più opportuno (di solito— 1 volt).

CAriTOLO XI.L'alimentazione in alternata delle valvoletermoionichePer qualsiasi tipo di valvola termoionica ricevente lesorgenti di energia sono sempre tre:a) sorgente di energia per l'accensione del filamento;b) sorgente di energia per la tensione di polarizzazionedi griglia;e) sorgente di energia per la tensione di placca.Studieremo separatamente queste tre sorgenti di energiafermando in definitiva la nostra attenzione sui tipi di valvoleche utilizzano per tutte e tre le sorgenti la comune rete d'illuminazionedomestica in corrente alternata.Sorgente di energia di accensione.L'accensione dei filamenti delle valvole termoioniche èancora all'ordine del giorno. Si sa già come finora tutte le valvolecosì dette in corrente continua facciano uso per talescopo di un accumulatore di 2, 4 o 6 V secondo il tipo di valvolausato.Le prime valvole usate (a consumo ordinario di 0,6 a 0,7A) esigevano l'uso di accumulatori di forte capacità. Supponiamoinfatti un apparecchio ricevente a 4 di tali valvole:il consumo di accensione è di 2,5 A circa. Se l'accumulatoreha una capacità, relativamente già forte, di 40 A/ ora è facilecalcolare come in meno di 15 ore questo accumulatore sarà

90 Parie prima • Capitolo undicesimoscaricato. Deve essere perciò prevista una carica ogni 3 o 4giorni, ciò che è una fonte di noie nonché una causa di deterioramentorapido dell'accumulatore stesso.Per tale ragione fin dal principio della radiotelefonia laquestione dell'accensione del filamento delle valvole fu studiatain maniera particolare.Un primo progresso fu realizzato sostituendo le valvolea consumo normale (di 0,7 e 0,5 amp.) con le attuali valvolea consumo ridotto (0,06 amp. circa). Con queste ultime valvoleil consumo di energia per i filamenti di un ordinarioapparecchio a 4 valvole si riduce a circa 0,45 A (2 valvoleda 0,06 A + 2 valvole da 0,15 A).Tuttavia negli apparecchi andò sempre aumentando ilnumero di valvole usate fino a raggiungere spesso 8 o 9 perle supereterodine, ed allora il consumo passò a 7 x 0,06 ++ 2 x 0,15, cioè a circa 7/10 di A.Un accumulatore della stessa capa-cità di quella vistaprecedentemente funzionerebbe in questo caso per 45 a 50ore di ascolto che equivalgono circa a 10, 12 giorni.Già alcuni fabbricanti si sono preoccupati di provvederealla ricarica di questi accumulatori e tutta una serie di raddrizzatoridi corrente alternata venne creata per tale scopo.Restava tuttavia sempre a deplorare la presenza degli accumulatori,sorgente di noie continue, di proiezioni di acido checorrode e rovina gli oggetti con cui viene a contatto, nonché dinoie per la loro manutenzione e per il loro rapido deterioramento.Si fece anche uso di pile a secco meno ingombranti, masolo per apparecchi a una o due valvole a causa della loro capacitàsempre ridotta, così gli accumulatori rimasero obbligatoriamentecon le loro noie continue nonostante la facilitàdi ricarica.USO DI PILE TERMOELETTRICHE.Tutti sanno che la corrente di accensione delle valvolericeventi deve essere la più costante possibile. È venuta dunquenaturale l'idea di utilizzare le proprietà, notevoli da questopunto di vista, delle pile termoelettriche.Il funzionamento delle pile termoelettriche è basato sulseguente fenomeno: se si costituisce una coppia di due metallie si riscalda la saldatura così ottenuta, lasciando fredde le due

L'alimentazione in alternata delle valvole termoianiche 91estremità, si constata il passaggio di una corrente, debolissima,nel circuito cosi formato (figura 56).L'intensità e la tensione di questa corrente dipendonodalla combinazione dei metalli usati. L'intensità è poi funzione/e09 di nicheldella sezione dei conduttori ed ilvantaggio ottenuto è funzionedella differenza di temperaturatra la saldatura e le estremità.S'immaginò allora di disporreparecchie di queste coppiein serie come indicato nellafig. 57 e di riscaldare le saldatureA mantenendo a bassa temperatura le saldature B.Si riuscì così a fabbricare una specie di « pile » che, costituiteda un gran numero di coppie, davano 4 V con un'intensitàdi 1 A (tensione e intensità necessarie per un apparecchioricevente ordinario).Una serie di saldature era riscaldata per es. a mezzo di unradiatore elettrico evitando il riscaldamento eccessivo dell'altraserie. Con questo sistema si aveva il vantaggio di poterfunzionare indifferentenente su corrente continua o alternatae anche, in caso di bisogno, con un riscaldamento a gas o aessenza.Il metodo era certamente seducente, ma disgraziatamentenumerosi inconvenienti non sono tardati a comparire e traquesti i più importanti sono i seguenti:1 ° Consumo di correnteche può giungere fino a 2 o3 A. Per quanto ben protettocontro le perdite di calore, unsaldaturefredde£^*«sa/daturentca/daleapparecchio così formato hasempre delle perdite di caloreeccessive che ne abbassano dimolto il rendimento.2° E troppo lenta laFiamessa in funzionamento: infattiè necessario un certotempo (2 o 3 minuti) per ottenere la temperatura indispensabileal buon funzionamento dell'apparecchio stesso.3° Diminuzione della tensione erogata dopo un certotempo di funzionamento. Per conduzione lungo le coppie.

92 Parte prima - Capitolo undicesimol'alta temperatura di una saldatura raggiunge insensibilmentel'altra anche se questa è raffreddata dall'aria. Ora essendo ilvoltaggio fornito funzione della differenza di temperaturafra le due saldature, esso dopo un certo tempo diminuisce.Per evitare questo difetto dovrebbe essere previsto un dispositivodi raffreddamento con circolazione d'acqua, ma questosarebbe molto complicato ed eleverebbe di molto il prezzodi acquisto delle pile così formate.Gli inconvenienti sopra riportati hanno fatto abbandonarequesta soluzione a prima vista tanto lusinghiera, poiché i vantaggiche si ottengono sono largamente controbilanciati dallenoie e dalla scarsa entità dei risultati.RADDRIZZAMENTO E FILTRAGGIO DELLA CORRENTE ALTERNATA.Il raddrizzamento della corrente anche a forte intensitànon presenta più oggi alcuna difficoltà dopo i perfezionamentiapportati nelle valvole{ radJrizraddrizzatrici. Oggi si può facilmenteottenere, partendodalla corrente della rete, una>/»*secane// corrente di 4 V con 1,2A. Ma lacorrente ottenuta col sempliceraddrizzamento anche delFis.le due semionde della correntealternata non è continua.La fig. 58 mostra la forma della corrente quando il raddrizzamentoè unilaterale, mentre la figura 59 mostra la formadella corrente quando il raddrizzamento è bilaterale. Siconstata facilmente comequesta corrente è fortemente//•

L'alimentazione in alternala delle valvole termoianiche 93La fìg. 60 mostra nella linea punteggiata come viene trasformatala curva per effetto dell'inserzione di condensatoriadatti.L'effetto delle self è diverso.Quando una corrente percorreun solenoide (self) sinota l'effetto seguente: appenaapplicata la correntequesta non passa immediatamentetutta (senza che ciòsecond/'B: corrente raddrizzata efiltrata con un condensarore tampone •debba imputarsi all'inerzia6(1.del milliamperometroper es.).Il milliamperometro dunque non devia immediatamentefino al suo punto di stabilizzazione.La figura 61 mostra lo schema adoperato e la figura 62la curva che rappresenta il fenomeno accennato.Analogamente se si interrompela corrente il milliamperometronon ritorna immediatamente azero. Immaginiamo dunque di applicareuna corrente nel tempozero; essa non prende il suo vari-,ei.lore I che dopo il tempo T (figura62).Se si interrompe la corrente nel tempo 2" questa nonalla presenzacorrentedi unaforzacadrà a zero che a T".Questo fenomeno è dovutoelettromotrice che nasce nel solenoidequando si stabilisce inesso la corrente o quando sivuole interrompere la correnteche in esso circola. Questa forzatende ad opporsi a qualsiasivariazione di corrente.Questo fenomeno si può assimilareal fenomeno dell'inerzia Fìg. 62.meccanica che si verifica peres. in un treno il quale deve mettersi in moto. La sua velocitàdi regime non viene raggiunta che dopo un certo tempo funzionedella massa del treno e se, d'altra parte, si vuol fermaredi colpo il treno (ridurre la velocità a zero) questo non av-

94 Parte prima • Capitolo undicesimoVia. fi:viene che dopo un certo tempo anche esso funzione dellamassa del treno. In questo caso dunque l'inerzia agisce comela forza elettromotrice di un circuito munito di self. Essa ritardalo stabilirsi della velocità all'inizio e si oppone all'arrestoimmediato del treno alla fine della corsa.Sia A la curva della corrente raddrizzata (figura 63) e B lacorrente ottenuta all'uscita del condensatore. Quando questacorrente agisce da 1 a 2,una forza contro elettromotriceverrà a crearsiche tende a ritardarelo stabilirsi di questacorrente. Da 2 a 3 la forzaelettromotrice tenderàal contrario a ritardarela caduta di correntee il risultato sarà un appiattimento della curva B chediventa così la curva tratteggiata C.Questo appiattimento è tanto più grande quanto più:1° La frequenza è grande. Vi è dunque vantaggio a raddrizzarele due alternanze della corrente e anche, se possibile,a raddrizzare le due alternanze di una corrente trifase (figura64) che danno già primadel filtraggio una correnterisultante pochissimoondulata. (D'altronde è proprioquesto raddrizzamentoesafase che è usato in quasitutte le stazioni trasmittentiper la tensione di placca).2° L'induttanza dellabobina sarà grande. Ilcoefficiente di selfinduzioneRRDDRI2ZAM£/rrO DELLE DUE SEMJONÙE01 C/VA CORRENTE TRIFASEFifJ - ° 4 -dipende dal numero dellespire della bobina stessa. Si è riusciti ad aumentare notevolmentequesta selfinduzione introducendo nel solenoide unnucleo di ferro dolce. Il montaggio da usare è dunque quellorappresentato dalla figura 65.Tuttavia questo filtraggio, che è facile nel caso di piccoleintensità di corrente, non è più facilmente ottenibile nel casoin cui occorre un'intensità di corrente di 1 A circa (corrente

L'alimentazione in alternata delle valvole termoianiche 95di accensione), come avviene con le moderne valvole ad accensioneindiretta. La caduta di tensione è tanto più importantequanto più è grande l'intensità di corrente; per evitare questaFig. 65.caduta è indispensabile l'uso di conduttori di sezione sufficientecon che si evita anche il riscaldamento.Da quanto abbiamo esposto si ricava che, per il migliorrendimento, bisogna costituire una self:a) a grandissimo numero di spire;b) con un filo conduttore a forte sezione.Queste condizioni sono difficilmente conciliabili senzaarrivare ad un prezzo elevato e ad un ingombro considerevole.Inoltre il calcolo ci dice che per livellare completamente unacorrente dell'ordine di 1 A i condensatori da usare dovrebberoessere dell'ordine di 70.000 ^ F. Anche questa soluzione èstata perciò scartata.ALIMENTAZIONE DIRETTA DEL FILAMENTO SE COERENTE AL­TERNATA.Se si alimentano i filamenti delle valvole direttamentecon la corrente alternata a mezzo di un trasformatore abbassatoredi tensione, si constata nellaricezione un ronzio insopportabiledi frequenza doppia di quella ^ "della rete. Se la rete è per es. a50 periodi (e noi ci riferiremo g ritgrn6sempre a questa frequenza in tuttigli esempi successivi) si avrà alfilamento tensione nulla ogni 1/100di secondo e tensione massimaogni 1/100 di secondo successivo. Fjgi 66.— Trasformatored'accensione

96 Parte prima - Capitolo undicesimoLa figura 66 mostra la disposizione usata in talcaso.Il ronzio che si verifica nell'audizione può essere prodottoda 5 cause differenti:1° Variazione di temperatura del filamento:Infatti ogni 1/100 di secondo la differenza di potenzialeagli estremi del filamento cade a zero ed il calore sviluppatoè nullo variando la temperatura del filamento come il quadratodell'intensità di corrente. Varia dunque anche il numero dielettroni emessi dal filamento; ciò che produce una variazionedella corrente di placca e quindi un ronzio a 100 periodi. Avviene,in fondo, lo stesso fenomeno come se si spegnesse il fì-Fig. 67.lamento. In realtà non è perfettamente così poiché il filamentopossiede una certa inerzia calorifica per cui non prende la suatemperatura massima che dopo un certo tempo dall'accensionee non si raffredda completamente se non un certo tempodopo l'estinzione. Sarebbe perciò desiderabile aumentare piùche possibile questa inerzia del filamento poiché un'inerziacalorifica sufficiente renderebbe il funzionamento identico aquello in corrente continua. La figura 67 mostra l'andamentodi questo fenomeno.Due soluzioni si potrebbero apportare a questo inconveniente:a) La prima soluzione consiste nell'uso di valvole confilamento molto grosso; ciò porta l'inconveniente di un forteconsumo.b) La seconda soluzione consiste nell'uso di filamenticapaci di emettere elettroni a bassissima temperatura.

L'alimeiilozione in alternata delle valvole termoianiche97Infatti un corpo caldo irradia il suo calore (si raffredda)in funzione della quarta pò- Tempet3turitenza della sua temperaturaassoluta (temperatura in gradicentigradi +273°). Dunquemeno il filamento saràcaldo e più la sua temperaturaresterà stabile.La figura 68 mostra il—jecondiparagone tra la costanza diEia. 68.temperatura di un filamentospeciale così concepito e quella di un filamento ordinario.2° Uso della reazione:L'uso della reazione in una gran parte degli apparecchiriceventi distrugge i vantaggiche si possono ottenere conl'uso dei filamenti speciali vistiprecedentemente (figura 69).Quando si spinge la reazioneal limite d'innesco si constatache una leggerissima variazionedella tensione del filamentoFig. 09.mantiene queste oscillazioni.Questo fatto è dovuto alla variazionedella resistenza interna e in tal caso il ronzio assumeun'ampiezza insopportabile.ànodo3° Il campo magneticocircolare (effettoMagnetron) :Quando gli elettronilasciano il filamento,essi sonosottoposti a dueforze :1) quella provenientedal campoelettrico risultanteLe ampolle elettroniche — ".friffiaanodoFig. 70.fiì.anodo

98 Parte prima - Capitolo undicesimodalla differenza di potenziale tra filamento e placca, la qualeimprime agli elettroni un movimento rettilineo (fìg. 70);2) quella provenienteda un campo magneticocircolare dovutoal passaggio della correntedi accensione nelfilamento. Questo camposarà tanto più intensoquanto più grandela corrente si dirigedal davantiverso, il fondoFig. 71.dal fondoverso l'osservatoreè la corrente di accensione(figura 71).Alimentando il filamentocon corrente continua,quindi di sensocostante, non esiste questa causa di perturbazioni; ma se lacorrente di accensione è alternata il senso di questa forzacambia ogni 1/100 disecondo. Il numero anodo anododi elettroni che raggiungonola unità disuperfìcie della placcanon è costante eciò fa variare la correntedi placca conconseguente ronzionell'audizione (vediFig.figura 72).Il rimedio contro questa perturbazione consiste nel disporredue filamenti in serie l'uno contro l'altro e tali che lacircolazione istantanea della corrente abbia luogo in sensoinverso (filamento a V).4° Variazione alternata di potenziale dei punti di ritorno di grigliae di placca.Se il secondario del trasformatore di alimentazione cidà per es. 4 V efficaci noi avremo agli estremi del filamentouna tensione alternata massima di 4 j / 2 = 5,6 V. La variazionedi potenziale nell'estremo A del filamento sarà di— 5,6 a -f- 5,6 V, cioè una differenza di potenziale di 11,2 V.

L'alimentazione in alternata delle valvole termoioniche 99Se la tensione di placca applicata è di 100 V. la differenza dipotenziale placca-filamento varia egualmente tra ogni puntodel filamento e la placca.Nell'estremo A avremo successivamente:100 — 5,6 94,4100 + 5,6 = 105,6e questo ogni 1/100 di secondo d'intervallo.Si può però osservare che se gli estremi del filamentohanno un potenziale che varia costantemente, il punto dimezzo si trova però a un potenziale neutro. Un punto delfilamento disposto in una metà, compensa il punto corrispondentedell'altra metà(almeno se si lavora /^~N ^~y^nella parte rettilinea m LOTT* '*"'" r ' "]della caratteristica). *' T^—».Ma è difficile in Hun montaggio fare ilritorno di griglia (edi placca) al puntodi mezzo del filamento.Si fa allora usodi due artifizi:1° si stabilisceil punto medio delsecondario del trasformatoredi alimentazione(vedi fig. 73).2° si fa uso del cursore di una resistenza (potenziometro)di 200 a 400 ohm inserita in parallelo sul filamento; questosecondo metodo è preferibile al primo poiché con esso si puòscegliere esattamente il punto neutro, mentre che con unapresa mediana occorre una costruzione accuratissima.È perciò raccomandabile scegliere trasformatori di accensionedi costruzione accurata che possano dare questa garanzia.5° Modulazione dovuta alla corrente di griglia.In alta e in bassa frequenza la griglia deve sempre restarenegativa rispetto a tutti i punti del filamento. In questo casola resistenza interna R tra la griglia e il filamento è infinita.

100 Parte prima - Capitolo undicesimoAlimentando il filamento con corrente alternata la griglia èpositiva 50 volte al secondo rispetto a una metà del filamentoe 50 volte al secondo rispetto all'altra metà.In queste condizioni nascerà una corrente tra la grigliae il filamento. Per la metà del filamento per la quale la grigliaè positiva si verificherà un aumento di emissione elettronicacioè un aumento di corrente di placca. Si viene così a creareuna modulazione della corrente di placca in funzione della retee questa modulazione sopprimerà qualsiasi possibilità di audizione.D'altro canto la resistenza interna R, della valvola èdisposta in parallelo sul circuito d'accordo ed essa varia conla frequenza 100, doppia di quella della rete.Lo smorzamento del circuito d'accordo seguirà gli stessicambiamenti della resistenza, varierà quindi l'intensità e quindianche la tensione alternata raccolta agli estremi; l'energiadi A. F. viene così ad essere modulata.Una polarizzazione negativa più forte della griglia jDotrebbesopprimere quest'ultimo inconveniente. Il primo però nonpuò essere eliminato poiché infatti, l'influenza della tensionedi griglia è la base stessa del funzionamento della valvola.IMPOSSIBILITÀ DI ALIMENTARE IL FILAMENTO DI UNA VALVOLADETECTRICE DIRETTAMENTE CON LA CORRENTE ALTERNATA.Come abbiamo visto una delle maniere più usate per larivelazione dei segnali è quella di utilizzare la curvatura dellacaratteristica di griglia della valvola; il funzionamento dellarrettificazione è basato cioè su unacorrente di griglia che nasce nelcircuito filamento-griglia quandoquesta è positiva.La figura 74 mostra lo schemadi questa disposizione.Ora, nel caso di accensione,,. _, diretta del filamento con correnteFig. 74.alternata, quando la griglia è positivarispetto a una metà del filamento essa è negativa rispettoall'altra metà. ISTon vi sarà dunque che una deteczione incompletae quindi una deformazione.Bisognerebbe dare una leggera tensione positiva alla gri-

l'alimentazione in alternala delle valvole termoianiche 101glia per completare la detenzione senza riuscire tuttavia a eliminarela deformazione. È poi assolutamente impossibilepensare a utilizzare uno dei poli del filamento per il ritornodel circuito di griglia e di placca.Si può rimediare a questo inconveniente utilizzando lacurvatura della caratteristica di placca (figura 75); questosistema di rettificazione è però molto meno sensibile; inoltreè necessario rendere la griglia negativa, ciò che porta la resistenzainterna da 6000 a 20.000 ohm circa. La riproduzionedelle note gravi è allora quasi interamente soppressa; oltre aciò un certo ronzio si fa notare, proveniente dall'uso di unaparte curva della caratteristica.Il miglior sistema sarebbe l'uso della galena come detectornon necessitando allora alcunasorgente di tensione ausiliare.Disgraziatamente il punto sensibileva in tal caso ricercatoprima di ogni audizione e inoltrela potenza è molto più debole;infatti la valvola detectrice,oltre alla sua azione ret-' ^_~i ' irrottitifìcatrice, ha anche un certo "it 5potere amplificatore che può f-^essere notevolmente aumentato "con l'uso della reazione laquale contribuirà anche a migliorare la selettività.RISCALDAMENTO INDIRETTO.Poiché ad alimentare il filamento direttamente con la correntealternata si presentano tutti gl'inconvenienti intravisti,i costruttori si sono preoccupati di ricorrere a qualche altrosistema, e tra questi il riscaldamento indiretto, che è ormaiabitualmente applicato nelle valvole moderne.In tal caso non si richiede dal filamento una capacitàemissiva di elettroni, ma si tiene conto unicamente della suacapacità calorifica.Il filamento teso a forma di V è circondato da una guainain terra porosa che serve a comunicare il calore sviluppatoper induzione ad una placca metallica il catodo, che ècoperta di ossido alcalino. Sotto l'effetto di questo calore il

102 Parte prima - Capitolo undicesimocatodo emette degli elettroni e, a causa dell'inerzia considerevoledel sistema, nessuna variazione nell'emissione può farsisentire con le variazioni di tensione dovute alla corrente alternata.Le figure 76 e 77 mostrano due di tali filamenti.shàhetrt(irti?nfcsé feto,terra porosa ^z=^-=-~^emittentecatodocatodoFig. 76.Un altro vantaggio del catodo è che esso presenta unasuperfìcie a potenziale costante, ciò che non si aveva col filamento.fi/amentor/sca/o^/7/ePlg.e a rodoIl ritorno dei circuiti di griglia e di placca si fa in questocatodo emittente. Le figure 78 e 79 permettono di vederechiaramente le connessioni di una tale valvola che potrebbed'altronde funzionare anche su corrente continua nel caso

L'limentazione in alternata delle valvole termoianiche 103di uso di tensioni alternate irregolari che potrebbero causaredisturbi.Lo svantaggio di queste valvole è dato dalla difficoltàdella loro costruzione e quindidal loro prezzo e, in secondoluogo, dal consumo un po' piùelevato del filamento che perònon oltrepassa i 3,75 watt circa,consumo che è ben lontano dall'essereproibitivo sulla rete dell'illuminazione.Queste valvole sono perciòle sole consigliabili come rettificatrici,mentre sono vantaggiose in A. F. e nel primo stadiodi B. F.Nello stadio finale si può ricorrere anche a valvole ad accensionediretta e noi vedremo nella seconda parte di questo>. circuito di p/àcca

104 Parte prima • Capitolo undicesimovalvole in corrente alternata. Vogliamo principalmente fermarel'attenzione sulla polarizzazione automatica di griglia.L'APPARECCHIO RICEVENTE COMPLETAMENTE ALIMENTATO INCORRENTE ALTERNATASi può ammettere senza tema di sbagliarsi che praticamentetutti i dilettanti di T.S.F. conoscono, almeno di nome,la nozione di « tensione di polarizzazione negativa di griglia ».di cui abbiamo tanto parlato nella parte I. Non è la stessacosa per il numero di coloro che sanno ciò che questo terminesignifica.Lo scopo della tensione di polarizzazione negativa digriglia applicata quasi esclusivamente nelle valvole amplifìcatrici(di alta e di bassa frequenza) dell'apparecchio riceventeè doppio:1) La valvola può, a mezzo della griglia negativa, essereregolata sul funzionamento migliore.2) Con la tensione negativa di griglia si evita la produzionedi correnti di griglia che sono la causa di serie distorsioni.Senza ritornare sull'argomento già trattato, possiamo diresenz'altro che la tensione negativa di griglia è indispensabilenei montaggi degli apparecchi riceventi moderni. Di più, perle valvole amplificataci di alta frequenza, la tensione negativadi griglia può servire a regolare tanto l'intensità sonora quantola selettività.Il valore di questa tensione negativa di griglia varia, perdifferenti tipi di valvole, tra una frazione di 1 V e 30 e più Vcirca. Poiché non si ha bisogno che di una tensione e che nonvi è praticamente un consumo di corrente, si è fatto uso finoradi una batteria di pile a secco. Ora la tecnica moderna dell'alimentazionein corrente alternata ha fatto cadere in disgraziatutte le batterie per l'apparecchio ricevente. Inoltre in conseguenzadel riscaldamento in corrente alternata e pertantocon l'assenza dell'accumulatore, l'ottenimento di una tensionenegativa di griglia conveniente per la valvola amplifìcatricedi alta frequenza è diventato un problema a parte.

L'alimentazione in alternala dille valvole termoioniche 105TUE 3IETODI.Un primo metodo consiste nell'uso della tensione negativadi origlia fornita da appositi raddrizzatori e livellatori,i così detti « alimentatori » di cui parleremo più avanti. Essicomportano oltre che un raddrizzatore per la tensione di placca,una valvola raddrizzatrice speciale per la tensione negativa digriglia seguita da un circuito filtro e da un potenziometro inderivazione.Un secondo metodo che interessa sopratutto il costruttoredilettante è basato sulla legge di Ohm.Segue da questa legge che la perdita di tensione che subiscela corrente elettrica passando da una resistenza determinata,è eguale al prodotto dell'intensità per questa resistenza.r$nj~Ln_rLJ~ i ?Via. 80.Lo schema della figura 80 mostra un circuito comprendenteuna forza elettromotrice E (10 V), le resistenze in serie R 1(9 ohm) e E 2 (1 ohm) e l'amperometro A nonché due voltometriV 1 e V 2 che indicano la tensione agli estremi di B x e B 2 .Segue dalla forma più nota della legge di Ohm: l'intensitàtensionedi correnteresistenza — , che l'amperometro A indicherà:LO1 A. Il primo voltometro indicherà 9 V e il se-9 + 1condo 1 V.Modificando il valore di R 2 per es. si può, mantenendol'intensità di corrente costante nel circuito, diminuire l'indicazionedel voltometro V 2 .

106 Parte prima - Capitolo undicesimoAPPLICAZIONE.Per ritornare sulla questione che c'interessa sostituiamola forza elettromotrice con l'alimentatore di placca, B 1 conl'apparecchio ricevente e R 2 con la resistenza che deve servirper ottenere automaticamente la tensione negativa di griglia.Otteniamo così lo schema della figura 81.Per maggiore facilità l'alimentazione di placca non comporta,in questa figura, delle derivazioni speciali per la tensione-della detectrice.Fig. 81.Tra i morsetti A e B dell'apparecchio ricevente esiste unadifferenza di potenziale eguale al prodotto dell'intensità di correnteper la resistenza, come tra i morsetti C e D della resistenzaausiliare, ciò che significa che il punto C ha una tensionenegativa minore del punto T> che è collegato direttamenteal polo negativo dell'alimentatore di placca. D ha dunque unpotenziale negativo rispetto al polo negativo della tensioneanodica (filamento o catodo e terra) dell'apparecchio ricevente,ciò che noi cercavamo precisamente. Se si monta sulla resistenzaCD un cursore si otterrà così una sorgente regolabiledi tensione di polarizzazione negativa di griglia che bastacollegare al morsetto esatto.

L'alimentazione in alternata delle valvole termoioniche 107In pratica il problema è più complicato per il fatto chel'apparecchio ricevente non è la resistenza semplice alla qualenoi l'abbiamo sostituito, per facilità dal lato della correntecontinua. Poiché come appare dal montaggio della figura 80un reostato è stato inserito nel conduttore negativo comunedella tensione di placca di tutti i circuiti anodici delle differentivalvole, delle variazioni di tensione tra i morsetti di questoreostato provocheranno••_•• Tensione nep. d>'ijr'ijli'g vali/ola final?egualmente delle variazionidi tensione di griglia cheprodurranno così un innescotanto violento dell'apparecchioricevente da rendereimpossibile qualsiasi audizione.Si può prevenire quest'innescocortocircuitando ilreostato per le correnti alternatecon un condensatore di 2a 3 [iF.••_- TettJ nei? diQrfpli'a valvola AFal morsetto ••_ " della tens. anoddell'apparecchio riceventeQUALCHEMONTAGGIO.La fìg. 82 mostra lo schemadi principio di un apparecchioausiliare che il dilettantepotrà facilmente costruireegli stesso e che convienepraticamente a tuttigli apparecchi riceventi. Ilvalore dei diversi accessori èindicato nello schema di figura83.al polo •—•• de/t'alimentatoredi placcaFig. 82.Per un consumo totale di corrente anodica di 20 mAsi otterrà, con una resistenza B 1 di 800 ohm, una tensione dipolarizzazione negativa di griglia di 0,02 x 800 = 16 V perlavalvola di uscita. Questi valori sono press'a poco quelli desideratiper le valvole più comuni. La tensione negativa di grigliapuò dunque variare tra 0 e 16 V, si può per conseguenzaregolare molto bene l'intensità sonora a mezzo di questopotenziometro poiché per una tensione di griglia di — 6 V la

108 Parie prima • Capitolo undicesimovalvola di alta frequenza non funziona già più. Le resistenzeR 2 e R 3 e i condensatori G 2 e C 3 della figura 82 servono alivellare le pulsazioni della corrente di placca che potrebberoessere rimaste e che provocano un ronzio.Il montaggio della figura 83 è favorevolissimo così che sipuò raccomandarlo in particolar modo. Il montaggio dellafigura 82 è essenzialmente lo stesso per ciò che riguarda la partedella tensione di griglia.La figura 83 è lo schema di un apparecchio completamentealimentato in alternata con tensione di polarizzazionenegativa di griglia.Fin. 83.Valvole usate possono essere le Philips E 442, E 424 (oE 415) e C 443 (o B 443) o le Telefunken UENS 1204, BEN904, EES 164, o le Zenith 81 4090, CI 4090, DU 415 ecc. Unaparticolarità di questo schema è appunto la polarizzazionenegativa automatica delle griglie delle valvole di A.F. e d'uscita.Le resistenze, i condensatori ecc. hanno i valori seguenti:(J = 500 \x\iF G 5 = 1 \iy.F Bi = 1-2 megohmC 2 = 500 » C, = 3 » E, = 800 ohmC s = 150 » C; = 1 » Ri = 0,1 megohmC 4 = 1000 )> 0, = 15-200 UHLF RÌ = 0,1 »

Lalimentazione in alternala delle valvole termoioniche 109A titolo di esempio riportiamo ancora nella fìg. 84 loschema di un apparecchio completamente alimentato in correntealternata. Nel rettangolo tratteggiato è racchiuso l'alimentatorecon corrente di griglia ricavata dallo stesso circuitodella corrente anodica.Vediamo come si procede al calcolo degli organi componentiper ottenere le varie tensioni.La corrente totale che deve erogare l'alimentatore consiste: a) nella corrente anodica delle tre valvole per dati valoriFig. 84.di tensione anodica, tensione di griglia schermo e tensionedi polarizzazione di griglia; h) nella corrente di grigliaschermo delle valvole schermate (nel nostro caso la E 442 8ed il pentodo E 443 N) e e) nel consumo del potenziometroP che noi adoperiamo in luogo di una resistenza, per latensione di griglia schermo della valvola E 442 8 per renderepiù piccole possibili le oscillazioni di tensione su taleelettrodo.Nel nostro caso, per i valori di tensione anodica, di grigliaschermo e di griglia di controllo, consigliati dalla Casa costruttricedelle valvole, le correnti anodiche normali sono rispettivamenteper la E 442 8 di 2,5 mA, per la E 424 di 5 mA e per

110 Parte prima - Capitolo undicesimola E 443 N di 30 mA ossia la corrente anodica totale sarà di37,5 mA.Le correnti di griglia schermo sono rispettivamente per laprima ed ultima valvola di 0,25 mA e 4,4 mA ossia in totale4,65 mA. Il potenziometro va calcolato per un consumo dicirca 4 volte la corrente di griglia-schermo cui fa capo ossia1 mA e.a.Si avrà perciò un consumo totale di corrente da parte dellavalvola dell'alimentatore (esclusa la corrente di accensioneche viene fornita a parte) di 44 mAmp. circa.Calcolo delle resistenze. — Resistenza R v — Questa resistenzainserita in serie nel lato negativo della corrente dell'alimentatoreserve per ottenere, come abbiamo già spiegato,la tensione negativa di polarizzazione di griglia e va perciòcalcolata per ottenere la tensione di polarizzazione massimache di solito è quella della valvola di uscita (nel nostro casodi 37 volt). La corrente che la attraversa è la corrente totalei t = 44 mAmp. Cosichè questa resistenza avrà un valore di37"0^44 = 85 ° ° hm 'Resistenza R 2 . — La resistenza R 2 è invece derivata dallato positivo dell'alimentatore. Essa perciò serve a procurareuna caduta rispetto alla tensione massima la quale ènel nostro caso la tensione anodica del pentodo di uscita(400 volt) più la caduta procurata dalla resistenza del primariodel trasformatore di uscita (circa 20 volt); essa dà la tensioneanodica per la valvola rettificatrice (75 volt). La corrente chela attraversa è quella anodica di tale valvola (0,005 Amp)400 + 20 — 75così che il suo valore sarà R 2 = TTWT^- = 70.00020.005ohm circa.Resistenza R 3 . — Anche questa resistenza serve a procurareuna caduta rispetto alla tensione massima (400 + 20 V)per ottenere la tensione necessaria per la griglia schermodella valvola di uscita (200 volt).Essa sarà attraversata dalla corrente di questa grigliaschermo(4,4 mAmp) e quindi il suo valore sarà400 +20 — 200#3 = TTT^T, = 50 000 ohm.30.0044

l'alimentazione in alternata delle valvole termoioniche 111B 4 ed B 5 sono delle resistenze di valore elevato (0,1 a0,6 M O) che hanno il solo scopo di livellare eventuali pulsazionidelle griglie cui fanno capo.Potenziometro P. — Vi sono due prese, una per la tensioneanodica e l'altra per la griglia-schermo della valvola schermatadi A.F. e resta perciò diviso in tre parti che calcoleremo separatamente.La parte r t serve a procurare una caduta sulla tensionemassima (400 + 20 volt) per ottenere la tensione anodica dellavalvola di A. F. (200 volt). Essa sarà attraversata dalla correnteanodica di tale valvola V, dalla corrente di grigliaschermo della stessa valvola e dalla corrente per cui si è previstoil potenziometro ossia per un totale di 2,5 + 1 + 0,25 =400 + 20 — 200== 3,75 mAmp e quindi sarà i\ = n~nnq7K 57,000ohm.La parte r 2 serve a procurare una caduta sulla tensioneanodica della valvola di A.F. (200 volt) già ottenuta con la resistenzar Xì per dare la tensione alla griglia-schermo della stessavalvola (60 volt). Essa sarà attraversata dalla corrente delpotenziometro e da quella della griglia schermo cui fa capo.Sarà quindi200 — 60r 2 = 0>001+0j00025 = 112.000 ohm.La parte r 3 rimanente ha agli estremi la tensione di grigliaschermo già fornita da r 2 (60 volt) e sarà attraversatadalla corrente del potenziometro, sarà perciòTs =600,00160.000 ohm.I condensatori sono:O t = 4 — 6 [x F,C 2 = 4 \iF,C 3 , 0„, 0 5 , 0 B = 2 (j. F,G 7 , C s = 1 [i F. cad.La bobina di livellamento L = 20 henry e deve esserecalcolata per la corrente totale che la attraversa (nel nostrocaso44 mA).

112 Parie prima - Capitolo undicesimoQUALCHE CONSIGLIO.Osservare una certa prudenza nella scelta delle resistenzee dei potenziometri; questi specialmente devono essere dipreferenza a spire. La tensione negativa di griglia ottenutapuò essere misurata con precisione a mezzo di un voltometrodi una resistenza di 100 ohm/V.TERZO METODO DI POLARIZZAZIONE.Una maniera pratica ed ingegnosa per ottenere automaticamentequesta polarizzazione di griglia consiste nell'utilizzarele oscillazioni prodotte da un triodo. Abbiamo visto che accoppiandoil circuito di placca con quello di griglia di un triodo,questo entra in oscillazione. Le oscillazioni che si trasmettonodal circuito di griglia aquello di placca e daquesto ritornano al circuitodi griglia, vannosempre crescendo e vengonolimitate soltantodal ginocchio superioredella caratteristica dellavalvola (saturazione),come mostra chiaramentela figura 85.Perciò la correntedi placca non aumentaindefinitamente con latensione di griglia, anzituttoperchè l'emissioneelettronica del filamentoè limitata ad un valoremassimo relativo allaFig. 8Ssua temperatura e poiperchè man mano che la corrente di placca aumenta, lacarica spaziale, ossia, come abbiamo già visto, il numero dielettroni che si trovano in un dato istante tra il filamento e laplacca, aumenta parallelamente neutralizzando una parte dellacarica positiva della placca. Ma vi è anche una terza causache limita l'ampiezza delle oscillazioni ed è l'apparizione di

L'alimentazione in alternata delle valvole termoioniche 113una corrente di griglia tanto più. importante quanto più latensione positiva di questo elettrodo è alta. Questa correntedi griglia che limita l'ampiezza delle oscillazioni di placcafacendo incurvare la caratteristica di placca da A verso B,si può utilizzare per ottenere la tensione di griglia clic si desidera.Notiamo subito che questa tensione non può esseremolto elevata a causa appunto della curva discendente dellacaratteristica di placca da A verso B.Se noi accoppiamo perciò i circuiti di placca e di grigliadi un triodo, a mezzo di una bobina di placca L 2 (nido d'apodi 400 spire) e di un circuito oscillante di griglia costituito\SMA • -owuxivca-/Fig. 80.da una bobina L x (nido d'ape di 500 spire) ed un condensatorefisso C\ (0,0005 ad aria), in questo circuito si produranno delleoscillazioni le quali andranno aumentando fino al massimoconsentito dalla curva caratteristica e dagli altri fenomeni,che abbiamo ora visti.Se in serie al circuito di griglia montiamo un potenziometroP per es. di 50000 ohm, la tensione raccolta agli estremidi questo potenziometro può essere utilizzata per la polarizzazionedella griglia delle valvole di B.F. E' preferibile peròfiltrare ulteriormente questa tensione a mezzo di un circuitofiltro costituito dalle resistenze B x e R 2 che possono esseredi 80000 ohm circa ciascuna e dei condensatori fìssi

114 Parte prima - Capitolo undicesimopuò fare uso di una bobina di choc L (100 spire di filo da 1/10)e per evitare che la corrente di alta tensione (che potrebbeessere quella di una batteria di placca) vada nel circuito dipolarizzazione, si fa uso di un condensatore fisso C 7 di capacitàrelativamente alta (2 y.F).Invece di un solo circuito filtro agli estremi del potenziomentoP se ne possono montare due come mostra la figura87 ed allora si hanno due diversi valori di polarizzazione negativadi griglia.Occorre osservare che quando si stabilisce questa tensionedi polarizzazione agli estremi del potenziometro P, viene polarizzataanche la griglia dell'eterodina ed allora la valvolatensione 2Fig. 87.potrebbe cessare di oscillare per effetto di una eccessiva polarizzazione.Allora il condensatore C 2 si scarica nel potenziometroP, la griglia della valvola viene depolarizzata e leoscillazioni ricominciano. Si ha così un funzionamento intermittenteche si riproduce con una frequenza che dipende dallacapacità C 2 e dalla resistenza P.Per avere una stabilità occorre aumentare l'accoppiamentotra le bobine L x e L 2 o variare il condensatore C\ o il condensatoreC 2 o il potenziometro P.Se l'apparecchio ricevente è alimentato dalla correntealternata, si può ottenere la tensione di polarizzazione di grigliamontando una valvola come diodo, cioè per es. cortocircuitandola griglia e la placca.Agli estremi di un condensatore C si può connettere un

L'alimentazione in alternata delle valvole termoianiche 115filtro come quello già visto, che ci dà la tensione di polarizzazioneutilizzabile (figura 88).In questo caso il potenziometro P non occorre che siadel valore elevato già visto, ma sarà sufficiente un potenziometrodi 5000 ohm. Il trasformatore T può essere un trasforma-dal4-VricevitoreFig. 88.tore qualsiasi con rapporto 1resistenza.col primario shuntato da unaSorgente di energia per la tensione di placca.Per la tensione di placca sono ormai da diversi anni inuso gli apparecchi che utilizzano la corrente alternata livellandolaper renderla adatta all'alimentazione delle valvoleusate. Questi apparecchi sono conosciuti sotto il nome di alimentatoridi placca.Chiunque si serviva di tensione anodica composta dielementi di pile a secco sa quali inconvenienti e quali sorgentidi noie queste fossero. Infatti:1. Una batteria di pile per tensione anodica non conservala sua tensione iniziale che per poco tempo; essa cade

116 Parie primo • Capitolo undicesimorapidamente producendo dei rumori e dei ronzii perturbatorinell'audizione; inoltre invecchiando, la batteria causa unadistorsione sempre crescente. Non soltanto le batterie hannobisogno di essere rinnovate frequentemente, ma durante illoro uso esse forniscono una potenza sempre più debole cosìche la loro utilizzazione non dà realmente soddisfazione cheper un periodo brevissimo.2. La resistenza interna della batteria aumenta continuamentedurante l'uso e ciò la rende inutilizzabile anche sela tensione ha ancora un valore relativamente alto.3. Un corto circuito anche momentaneo, è causa di unariduzione notevole della durata di una batteria anodica.4. Una batteria anodica deve essere sostituita ognidue o tre mesi e ciò porta ad una spesa notevole per gli apparecchiin uso attualmente che hanno bisogno di tensione anodicapiuttosto elevata.Anche le batterie di accumulatori usate per questa sorgentedi energia non sono scevre d'inconvenienti:1. La ricarica di queste batterie presenta talvolta grandidifficoltà se non si dispone di un raddrizzatore conveniente;si è obbligati a trasportarla in una stazione di ricarica cosa chenon è sempre agevole.2. Per essere certi che la batteria sia caricata in buonecondizioni si è obbligati all'acquisto di un raddrizzatore diprima qualità e ciò aumenta ancora il costo dell'installazione.3. La manutenzione di una batteria di accumulatoriper tensione anodica richiede molta cura. I piccoli elementidebbono essere maneggiati da persone esperte.4. La batteria di accumulatori per tensione anodica èmolto ingombrante e si corre sempre il rischio di bruciare glioggetti circostanti se si versa dell'acido solforico.Gli alimentatori di placca eliminano tutti questi inconvenienti;la tensione anodica può essere regolata esattamenteal valore necessario per le valvole di qualsiasi apparecchioricevente. È inoltre possibile dare al detector, o se si vuoleanche alle valvole amplifìcatrici, dei valori di tensione anodicadifferenti. Gli alimentatori di placca oggi sul commercio sonosilenziosi grazie ad un filtro espressamente studiato sopprimentecompletamente il ronzio dovuto alla corrente alternata.La figura 89 mostra lo schema di un alimentatore di placcae griglia del commercio.

1/alimentazione in alternata delle valvole termoioniche 117La figura 90 ne mostra l'aspetto esterno.Questo apparecchio si presenta sotto la forma di unascatola cubica. Le tensioni anodiche sono ottenute medianteuna valvola raddrizzatrice mentre quelle di griglia sono ottenutemediante un altra piccola valvola raddrizzatrice.I contatti per le tensioni anodiche sono situati su una filaindicata B nella figura 91.I fori segnati con -f la -f 6 danno sei valori diversi ditensione anodica mentre che il foro marcato « — » è il polonegativo. La tensione anodica più elevata è quella che si ottiene'ig. 90. Flg. 91.tra i fori « — » e « + 6 » ; una cifra più bassa corrisponde ad unatensione più bassa.Quando il consumo totale di corrente anodica dell'appa-

118 Parte prima - Capitolo undicesimorecchio ricevente è conosciuto, le caratteristiche riprodottenella fìg. 92 permettono di determinare il valore della tensionetra i fori « — » e « + 6 ». Il consumo totale di corrente anodicapuò essere misurato a mezzo di un milliamperometro intercalatonel circuito tra il morsetto « — » e l'apparecchio ricevente.Supponendo che questo consumo totale di corrente sia di 30mA si legge sul diagramma della figura 32 che il foro + 6dà una tensione anodica di 150 V. Per un consumo di correntepiù debole questa tensione si eleva. Al contrario per un consumopiù forte essa si abbassa.Le tensioni anodiche V 1 a V 5 dei fori + 1 a + 5 si calco-Voti0 ' IO 20 """ 30 40 50Corrente anodica m mAFig. 92.lano a partire dalla tensione conosciuta del foro + 6 e dallacorrente erogata da ciascuno dei fori -f 1 a + 5 nella manierache abbiamo già visto a pag. 110 applicando la legge diOhm. Praticamente, chiamando queste correnti con i v i % i 3 , * 4e i ò , misurate in mA, si ottiene:Fi = 0,6 F 6 --40*iF, — F«-- 40 hV; = F 6 - -15*,F 4 = F 6 - - 8 ùF, —- F 6 - - 9i 5

L'alimentazione in alternala delle valvole termoioniche 119Esempio: Quando il consumo totale di corrente anodicadi un apparecchio è per es. di 30 mA il contatto -f 6 dà, comesi ricava dalla caratteristica di figura 92, una tensione di 150V. Se in queste condizioni il contatto + 3 eroga per es. unacorrente anodica di 6 mA la tensione tra i contatti « — » e + 3sarà V 3 = 150 — 15 x 6 = 60 V. Poiché l'alimentatore diplacca descritto è fornito di 6 tensioni anodiche diverse èsempre possibile trovare per tentativi le tensioni più favorevolinecessarie per un dato apparecchio e che di solito nonsono mai più di 3.TENSIONE DI POLARIZZAZIONE DI GRIGLIA.I contatti per la tensione di polarizzazione di griglia nell'apparecchiodella fìg. 91, sono rappresentati dalla fila indicatacon C.I contatti segnati — I, — II e — III permettono di otteneresimultaneamente una tensione di polarizzazione differentementre che il contatto segnato « + » è il polo positivocomune. La tensione di ognuno dei contatti segnati — I, —II e — III può essere regolata a uno dei 12 valori negativiseguenti: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 V.^ella parte inferiore dello schema di figura 89 si vedefacilmente come sono ottenute queste varie tensioni di polarizzazione.Le tensioni di polarizzazione sono indipendenti dalla correnteanodica consumata; esse conservano perciò sempre il lorovalore qualunque siano le condizioni di -funzionamento delVapparecchioricevente.La figura 93 mostra lo schema elettrico di un altro tipodi alimentatore di placca nel quale la tensione di polarizzazionedi griglia non è indipendente dalla corrente anodica consumata.Da questa figura appare che le tensioni negative sono prodotteper caduta di tensione in una resistenza intercalatasul ritorno di placca delle valvole riceventi.In questo alimentatore le tensioni di griglia sono 3, —I, — II e — III. La tensione del contatto della presa — IIIè fissa mentre quella delle prese — le — II può essere regolataa 10 valori differenti. Per la corrente anodica totale di 20 mAla tensione di griglia della presa — III è fissa di 20 V e quella

120 Parte prima - Capitolo undicesimodelle prese — le — II può assumere i seguenti valori: 1, 2,3, 4, 6, 8, 10, 12, 15 e 20 V.Per le altre intensità eli corrente anodica si può trovaresoe *.+ 4• tJìiH^liHLTUTUjujujuiujL^u^raVolt250200Fig. 93.

[/alimentazione in alternato delle valvole termoioniche 121presa 15 sarà di 22 x 15 : 20 = 16,5 Volt. La figura 94 permettedi ricavare la tensione anodica erogata dalla presa+ 4 in funzione del consumo totale di corrente anodica.Se questa corrente totale e per es. di 22 mA si vede comela tensione che si può ottenere è di 150 Y. Determinata questatensione tra le prese -j- 4 e « — » si può determinare la tensionedelle altre 3 prese + 1, +2, -f- 3. L'intensità di correnteerogata da ognuna di queste prese può venir misurata a mezzodi un milliamperometro inserito sul conduttore che entrain ognuna di tali ruese.V 1 = 0,4 x K 4 — 25 X i xV 2 = 0,75 x V, — 12 x i 2V 3 = 7 4 — 8 X i nPrima di chiudere questo capitolo dell'alimentazioneanodica delle valvole a mezzo della corrente alternata vogliamoriportare alcune misure che si possono fare sugli alimentatoridi placca comunemente usati, misure che spesso i dilettantinon fanno correttamente.USO DI UNVOLTOMETRO.Spesso si misura la tensione ai morsetti degli alimentatoridi placca a mezzo di un voltometro ordinario del commercioche presenta una debole resistenza interna e quindi un notevoleconsumo di corrente.Le indicazioni avute in questo caso sono sempre falsepoiché la caduta di tensione negli alimentatori di placca ènotevole a causa delle forti resistenze messe in circuito. Trai morsetti « — » e « -f » si leggerà una tensione notevolmenteinferiore a quella utilizzata.USO DI UNMILLIAMPEROMETRO.Il miglior metodo per determinare l'intensità che l'alimentatoredi placca fornisce alle valvole, consiste nell'usodi un milliamperometro in serie col filo negativo della tensioneanodica. Questo strumento indicherà allora la corrente anodicatotale assorbita dall'apparecchio ricevente la quale permettedi trovare approssimativamente la tensione anodica erogatae mezzo dei diagramma riportati nelle figure precedenti.

CAPITOLOXII.Cenni costruttivi sui triodiConsideriamo il tipo più semplice di triodo con l'anodocostituito da una placca cilindrica che racchiude la griglia sottoforma di spirale cilindrica concentrica ed il filamento F rettilineo(fìg. 95).Fig. 95.Siano r a ed r g i raggi dei due cilindri di placca e di griglia,ed e a ed e g rispettivamente i potenziali sulla placca e sullespire di griglia.Sia Q la carica elettrica distribuita, per unità di lunghezza,sulla placca.Facciamo ora l'ipotesi semplifìcativa che la carica elettricaper unità di superficie distribuita sulla griglia . q, poiché la

124 Parte prima - Capitolo dodicesimodistanza a è di solito molto piccola, sia eguale a Q, allorapossiamo scrivere_ 2 . TT . r g . qV ~ ' aI due cilindri di placca e di griglia costituiscono un condensatore.Se chiamiamo con e 0 il potenziale medio sul cilindrodi griglia è noto chee a -e 0 = -2Qlog-?- = - - ^ log~ (1)r gOra è anche noto che il potenziale in un punto distantex da una spirale portante la carica q e con distanza a tra spirae spira è dato daa'ae x = — 2 q log 2 senTZ OC(- coste quindi il potenziale

Cenni costruitivi sui triodi 125Si dimostra facilmente che l'espressione K non è altro cheil coefficiente di amplificazione della valvola e ponendo il numerodi spire di griglia per centimetrosi ha:1a:WKN dJ-y UjgIno*gd ad,l08 ' * S ddove d a , d g e d sono rispettivamente i diametri del cilindrodi placca, del cilindro di griglia e del filo di griglia.Esempio 1. — Consideriamo una valvola della tabella difìg. 12, per es. la valvola tipo E. Essa presenta i seguentidati :Si ricava :PlaccalunghezzaGrigliaK = 3,14 x= 9.42 X6d a1ld aX(1Xx l0,5 xlo g 1.70lo e 1.78= 0,85 cm.= 1,6 cm1,9= 0,5 cm= 11 (N = circa 6)= 0.030.85log0.51Ino 1g3.14 x 6 :0.230- 9,42 X -0.2250.03= 9.61Il coefficiente di amplificazione di questa valvola è esattamente10.Esempio 2. I dati di una lampada Metal, già costruita,sono i seguenti:Placca di nichel l = 1,5 cm.d a = 1 cm.

126 Parte prima - Capitolo dodicesimoGriglia in nichel l =1,9 cm.d 9 = 0,4 cm.N xl =11a = 0,17d = 0,03Si ha:log iA r =3,14x6x0,4x —~log 3.14 x 6 x 0.03log 2,5= 7 >5 x • * ' = 7,5 x 1,76 == 13 circa.' log 1.78Per il costruttore, naturalmente, ha maggiore interessericavare qualche dato costruttivo una volta fissato il valoredi K in relazione alla funzione che la valvola deve esplicare(AF, D, BF od O). Calcolate queste dimensioni si controllase con questi valori, la valvola ha la pendenza voluta dallacaratteristica ed espressa, come sappiamo, da3 l i / _S = — x 1 . 465 X IO" 5 X -• X / e r2 r Idove e r = e g + De a è la « tensione risultante » già vista.In pratica però si fa più spesso uso della formula approssimatao =0.7*,— 0.5*.Y 0dove i s è la corrente di saturazione e v g " e v g ' sono i valori dellatensione di griglia corrispondenti ai valori 0,7 i s e 0.5 i s .Se la verifica non è soddisfatta converrà ritoccare i B variandole dimensioni del filamento fino ad avere la pendenzavoluta.Per i triodi trasmittenti entrano in gioco altre considerazioniche non riteniamo sia il caso di riportare in questi brevicenni.v0

Cenni costruttivi sui triodi 127Fabbricazione.Circa la fabbricazione delle Valvole Termoioniche daremonn breve cenno sopratutto per ciò che riguarda i mezzi usatiper ottenere il più alto grado di vuoto ed i materiali impiegati.JSTelle valvole termoioniche, escluso il caso di alcune valvoleraddrizzatrici e di alcune valvole speciali in cui, per il funzionamento,è necessaria la presenza di nn gas inerte, le più piccoletracce di gas sono dannosissime per diverse ragioni.Esse infatti:a) per effetto della « ionizzazione » che si viene a produrre,come abbiamo accennato nelle prime pagine di questovolume, si viene a creare una corrente inversa di ioni positivied una, nello stesso senso, di elettroni le quali alterano il valoredella corrente elettronica emessa dal catodo e diminuisconola resistenza interna della valvola;b) a causa del bombardamento del catodo da partedei joni positivi, il catodo si disintegra e dura di meno.Dai fenomeni a) e b) ne deriva una irregolarità della curvacaratteristica che compromette il regolare funzionamentodella valvola.Per eliminare queste tracce di gas non basta ottenere ilvuoto con le pompe più perfezionate, ma occorre che tuttii materiali racchiusi nell'ampolla e l'ampolla stessa siano « degassificati». Tutti i corpi solidi infatti contengono « occlusa »una certa quantità di gas la quale viene emessa ad nna certatemperatura. Per degassifìcare allora i materiali della valvolabasterà dilatare queste molecole di gas col riscaldamento nelvuoto. Uno dei sistemi molto adoperato per la degassificazionedella placca e della griglia è il riscaldamento « per induzione ».Una bobina percorsa da una intensa corrente di alta frequenzacirconda l'ampolla ed induce negli elettrodi, delle intensecorrenti parassite che li riscaldano fino a temperature altissime.Anche col riscaldamento nel vuoto non si riesce però adegassifìcare completamente i materiali della valvola ed allora,per il regolare funzionamento, occorre fare uso di materialiche non assorbano facilmente i gas come il nichel, nichel-cromo,molibdeno, tungsteno ed occorre evitare il riscaldamento eccessivoprovvedendo ad opportuna refrigerazione.

128 Parte prima - Capitolo dodicesimoI vetri usati per l'ampolla di una valvola termoionicadebbono essere scelti in maniera da presentare le minime quantitàdi gas occluso e da resistere alle alte temperature cuivengono portati per la degassifìcazione (400° circa).Più convenienti sarebbero le ampolle di quarzo o « pyrex >»(vetro quarzoso) a punto di fusione molto elevato ed a piccoletracce di gas occluso, ma il loro costo risulta troppo elevato.Inoltre questi vetri debbono presentare un alto grado diisolamento onde evitare effetti di dispersione tra gli elettrodi.Per degassifìcare il vetro delle ampolle, dopo accuratapulitura esterna con soluzione alcoolica di acetone, si sottopongonoi palloncini a riscaldamento in apposito forno fino a400° a 600° (secondo la qualità di vetro).Tale degassincazione non è però assoluta ed occorreràsempre, durante il funzionamento preoccuparsi di evitare uneccessivo riscaldamento.Per ottenere il vuoto più spinto nelle valvole termoionichesi ricorre alle pompe più perfezionate. Mentre sono ancora inuso le pompe a stantuffo per il « vuoto preliminare » si fa usodelle così dette pompe a vapore di mercurio per il vuoto spinto ;molto in uso è oggi la « pompa a condensazione » di Langmuirper lo studio della quale rimandiamo ai trattati speciali.Con queste pompe si raggiunge un vuoto fino a 1 centomilionesinodi mm. di mercurio il quale viene ulteriormenteperfezionato con i procedimenti noti col nome di « vuoto chimico».Uno di tali metodi sfrutta il forte potere assorbente chepresenta il carbone di legna o, meglio, quello derivato dallenocciole quando viene portato a temperature bassissime(—180° C). A tal uopo si immerge questo carbone in unavaschetta di aria liquida messa in comunicazione con l'internodella valvola, tra la valvola e la pompa.Ma oltre al carbone, altri corpi come il vetro in polvere,l'alluminio, il palladio ecc. portati a bassissime temperaturecome quella dell'aria liquida, acquistano la proprietà di assorbirele più piccole tracce di gas (idrogeno, ossigeno, vapor,d'acqua).Questi metodi ed altri speciali che costituiscono segretidi fabbricazione delle Case Costruttrici, sono in uso per ottenereun grado di vuoto altissimo.Ma una volta costruita la valvola, con i procedimenti di

Cenni costruttivi sui triodi 129vuotatura così perfezionati, si procede ad un ulteriore assorbimentodi eventuali tracce di gas a mezzo dei così detti « getter» ossia di sostanze che producono, ancora per azione chimica,l'assorbimento delle particelle gassose.Uno studio approfondito di tale tecnica ci porterebbetroppo lontano. Diremo solo che, tra i vari metodi in uso, ilpiù diffuso, specialmente per le valvole riceventi, consistenel fissare sulla placca o su di un apposito sostegno, un piccolofilo di magnesio che viene portato all' incandescenza quandosi produce il riscaldamento della placca per la degassificazione.Il magnesio volatilizza a 800° assorbendo le più. piccoletracce di gas. Esso forma con l'ossigeno, l'ossido di magnesioe con l'azoto, l'azoturo di magnesio, composti solidi. L'eccessodi magnesio si deposita sulle pareti fredde dell'ampolla costituendoquella superficie argentata caratteristica delle valvoletermoioniche riceventi.Altro « getter » usato è il fosforo a causa del suo alto potereigroscopico e della sua azione assorbente sopratutto sull'idrogeno.Se la sua volatilizzazione non è troppo spinta esso noncolora che leggermente le pareti di vetro così che si possonosorvegliare gii elettrodi interni. Per questa ragione è più specialmenteadoperato per le grosse valvole trasmittenti.

CAPITOLO XIII.Le valvoleschermateDi tutti i problemi che esistono in materia di radiotelefoniail più importante, come abbiamo già visto precedentemente,è quello che riguarda l'amplificazione delle correntidi alta frequenza comprese tra IO 2 e IO 4 Mlocicli.Questo interesse sta nel fatto che l'amplificazione di altafrequenza è realmente il solo procedimento conveniente chepermette la ricezione di stazioni estere.Solo qualche anno fa la maniera di accoppiare la valvolaamplificatrice alla valvola detectrice consisteva usualmente inun semplice circuito accordato.Utilizzando delle bobine ad alta resistenza di alta frequenzae connettendo l'antenna direttamente alla grigliadella valvola in maniera da provocare uno smorzamentosupplementare, questo montaggio funzionava abbastanzabene.L'uso di bobine a debolissima perdita in questo montaggio,non è interessante poiché malgrado un blindaggioaccuratissimo e un'indipendenza assoluta dei due circuitidal punto di vista magnetico, lo stadio di A. F. è sempremolto instabile e oscilla appena i due circuiti sono sintonizzati.Questo fatto è dovuto alla capacità interna griglia-placcadella valvola.Infatti consideriamo la valvola rappresentata nella figura96 e supponiamo che la griglia sia resa successivamente posi-

132 Parte prima • Capitolo tredicesimotira e negativa mediante l'applicazione di un eerto potenzialealternato di A. F. Possiamo facilmente renderci conto dellamaniera come nascono le oscillazioni nocive.In un dato momento, quando la griglia è positiva, il numerodi elettroni che essa attira aumenta e lo stesso avvieneper il numero di elettroni attirati dalla placca la quale è perciòresa meno positiva visto che la carica apportata dal flussoelettronico è negativa.A causa del campo elettrostatico esistente tra la placcae la griglia apparirà su di questa una carica eguale e di sensocontrario, quindi positiva.Se il potenziale iniziale applicato alla griglia è negativoFig. 96. Fig. 97.ha luogo la stessa successione di fenomeni e la placca provocal'apparizione sulla griglia di una carica negativa.Così in ogni momento il campo elettrostatico esistentetra la placca e la griglia provoca un aumento della tensionedel segnale iniziale applicato alla griglia ed il risultato è chese questa non è frenata da qualche procedimento, la tensionedi questo segnale raggiunge rapidamente il più grande valorepermesso dalle caratteristiche della valvola; in altre parolelo stadio oscilla rendendo impossibile ogni audizione.Neutrodina.Si può annullare l'effetto del campo elettrostatico provocandosulla griglia una variazione di tensione uguale madi senso contrario (figura 97).Questo procedimento è conosciuto col nome di « neutrodina» ed è realizzato praticamente sotto la forma di un condensatorevariabile secondo lo schema adottato, permettentela regolazione deWampiezza della tensione anodica.

Le valvole schermate 133La tensione inversa necessaria può essere prodotta da unadozzina di circuiti di cui le figure 98, 99, 100 e 101 rappresentanoalcuni tipi.Questi schemi sono praticamente equivalenti perchèsono basati sullo stesso principio: una bobina alimentata peres. per induzione, possiede ai suoi due estremi delle tensioniDetFig. 98.•BT. +HT.Fig. 09.in opposizione (figura 102) riportate sulla griglia a mezzo di unneutro condensatore (C n ).Prendiamo il caso di uno stadio neutrodina composto diuna valvola di A. F. e di un circuito accordato.Ci proponiamo di stabilire quale è l'amplificazione peruno stadio di A. F. (amplificazione della valvola moltiplicataper amplificazione del sistema di accoppiamento).DétDif•BT+hTFig. 100.-BT*HTFig. 101.Se la resistenza interna della valvola è relativamente debole,useremo il sistema di accoppiamento a trasformatorecon secondario accordato.Il rapporto n (spire secondarie / spire primarie) del trasformatorenecessario è dato dalla formula:"=4 «7

134 Parte prima - Capitolo tredicesimodove:Z= resistenza dinamica del circuito accordatoz= LC .rL = coefficiente di self-induzione della bobina.C = capacità del condensatore di accordo.r = resistenza A.F. della bobina.Ri = resistenza interna della valvola.Alcune misure effettuate su una buona bobina ci hannodato:L = 190 microhenry.r = 4,2 ohm.(52 spire di filo di rame 6/10 di mm., 2 strati di seta, bobinatesu un tubo di bachelite di 40 mm. circa).Sia la resistenza interna della valvolausata, di 20.800 ohm.La capacità d'accordo disposta in parallelosulla bobina è regolata in manierache la capacità totale sia di 0,0002 yJF.La resistenza dinamica è in queste condizioni:Z190= 0,0002 x 4,2 = 2270 °° °" mIl rapporto di trasformazione è:227000^20800 ~ 3 ' 3e l'amplificazione per stadio: K s/ — circa — K x n — 41.252dove K è il coefficiente di amplificazione della valvola = 25.È evidente che una tale amplificazione è raramente raggiuntain pratica poiché la perdita nei dielettrici del condensatoree nello zoccolo della valvola detectrice lo impediscono.In conclusione la neutrodina non sopprime la capacitàinterna della valvola, ma la neutralizza.La difficoltà di realizzazione e di regolazione fanno pre-

Le valvole schermate 135ferire a questo sistema il montaggio di valvole speciali chevedremo in seguito.Valvole a capacità ridotta.Alcuni costruttori misero sul mercato fin dal 1927 unavalvola speciale per amplificazione ad A.P. nella quale il campoelettrostatico tra la placca e la griglia è ridotto in forti proporzioni(fig. 103).In altri termini la capacità griglia-placca, che è comeabbiamo visto di circa 2,5 cm. per una valvola normale, èridotta a 0,3 cm., e questo permette la soppressionedei delicati procedimenti di « neutrodina ».Questa valvola ricevente in connessionecol circuito accordato già visto nell'esempioprecedente permette teoricamente un'amplificazionedi 19 per stadio.Tuttavia praticamente questo coefficientenon può essere raggiunto senza pericolod'innesco poiché la capacità residuaper quanto piccola, diviene in queste condizionisufficiente per permettere un ritornodi energia dal circuito anodico al circuitodi griglia e quindi fare oscillare lo stadio.Per diminuire questa amplificazionenon vi è che una buona soluzione: au- Fig. 103.mentare n (diminuire il numero di spiredel primario), ciò che ha il vantaggio, pur rendendo lo stadiopiù stabile, di aumentare la selettività, poiché diminuendoil numero di spire del primario l'accoppiamento primario-secondarioé più debole.Un'altra soluzione disgraziatamente usata dalla maggiorparte dei dilettanti e costruttori consiste nell'utilizzare un circuitoaccordato a più forte resistenza di alta frequenza, lasciandon sensibilmente costante.Questa soluzione è da sconsigliare poiché allora la selettivitàdiventa cattivissima.

136 Parte prima - Capitolo tredicesimoValvole schermate.Nel 1928 apparve sul mercato un altro tipo di valvolaspeciale per amplificazione di alta frequenza nella quale la diminuzionedella capacità grigliaplaccaè stata realizzata non piùcon una ingegnosa disposizione deglielettrodi, come nel caso della valvolaprecedentemente vista, ma conl'inserzione di un quarto elettrodotra la griglia di controllo e la placca.Ciò clic segue ci permette unarapida comprensione del principiosul quale si basa questa nuova valvola.Consideriamo due placche metalliche(figura 105) A e B considerandoA come la placca e B come lagriglia di controllo. 8otto l'effettodella differenza di potenziale applicataa queste placche a mezzo di unasorgente qualsiasi, A, caricata positivamentefa appariresulla facciasuperiore di*B una caricaeguale e di sensocontrario (egua­BFig. 105.le supponendoche il condensatorecosì formatosia rigorosamente senza perdite). Lo stesso effetto accadein un triodo: quando la placca diventa ,più positiva sottol'effetto della tensione negativa di un segnale, la griglia sottol'influenza delle linee di forza emananti dalla placca, è resaancora più negativa.Introduciamo ora tra A e B una terza placca E isolataavente la stessa funzione dell'elettrodo ausiliario (figura 106).La placca A, nelle stesse condizioni già viste, fa appariresulla faccia superiore di E una carica negativa. La faccia infe-

Le valvole schermate 137riore di questa placca diventa positiva così che per induzioneelettrostatica B viene caricata negativamente.Tutto procede quindi come se la carica negativa di Bfosse prodotta direttamente dalle linee di forza emananti da A.Colleglliamo adesso la placca E alla terra (figura 107).La carica positiva prodotta da A sulla faccia inferioredi E si disperde immediatamente verso la terra e B nonè più sottomessa all'azione delle linee di forza provenientida A.^oi vediamo così che a mezzo di questo piccolo artifiziola capacità A B è stata annullata. Questo è il principio fondamentalesul quale è basato il funzionamento della valvola agriglia-schermo.E evidente che se si dispone una placca metallica fra lagriglia di controllo e la placca della valvola si ottiene comeFig. 106. Fig, 107.effetto la soppressione totale del flusso elettronico filamento -placca.Allora invece di utilizzare uno schermo pieno si usa unagriglia a maglie molto strette, la quale costituisce unoschermo statico per le tensioni superficiali ma lascia passare,a causa della velocità acquistata, gli elettroni emessi dalfilamento.Questo modo di costruzione lascia sussistere un campoelettrostatico minimo, così che la capacità interna della valvolaè dell'ordine di 0,01 a 0,025 cm.Appare chiaro però come il risultato ottenuto può venirecompletamente annullato se si lascia sussistere all'esternodella valvola un qualsiasi accoppiamento tanto capacitivoquanto magnetico.È necessario, per evitare ciò, schermare almeno uno deidue circuiti accordati, e ciò si realizza praticamente disponendouno dei due circuiti in una gabbia di Faraday.

138 Parte prima - Capitolo tredicesimoCurve caratteristiche.Praticamente la griglia-schermo non è connessa direttamentealla terra o più esattamente al punto medio del filamento ;un condensatore di grande capacità collegato da una partealla griglia-schermo e dall'altra parte a questo filamento, permettealla prima di essere portata ad un potenziale positivoda una sorgente qualsiasi, rimanendo tuttavia nullo il suo potenzialedi A. F.Le caratteristiche sono profondamente e vantaggiosamentemodificate da questo procedimento di polarizzazione dellagriglia-schermo.lo mAQO SO 120 160Fig. 103.Va voli:Con un potenziale V gs = 75 V e V g = — 0,2 V quandoV a = 0 la griglia-schermo si comporta come una placca eassorbe 2 mA circa.A mano a mano che V a aumenta (figura 108) appare unacorrente anodica I a che aumenta egualmente, così che la correntedi griglia-schermo I gs diminuisce (rimanendo costantel'emissione elettronica totale) ; quando V a — 10 V, I a raggiunge1,1 mA.Aumentando V a al di sopra di 10 V si constata che I a

Le valvole schermale 139diminuisce : la valvola possiede dunque in questo punto unaresistenza negativa.Questa è dovuta ad una emissione secondaria della placca:infatti qualsiasi massa bombardata da un flusso elettronicolibera a sua volta un certo numero di elettroni detti secondari.La stessa cosa avviene per la placca di una valvola termoionica.In un triodomiquesta emissione secondariaè riassorbitadalla placca essendorespinta dalla grigliadi controllo che ènegativa; dunque comese questa emissionenon avesse luogo.Al contrario inuna valvola a grigliaschermo1' emissionesecondaria della placcaè assorbita dallosehermo che vieneportato a + 75 V ; nerisulta una diminuzionedi I a a vantaggiodi I gs (flg. 109).Quando V a èuguale a 75 V, I aaumenta a detrimentodi I gs questa volta.ZO 90 700 120Va voltFig. 109.L rappresenta la caratteristica reale, M quella supponendoassente il fenomeno di resistenza negativa ed N la emissioneelettronica secondaria della placca sulla griglia schermo.Si può vedere che L = M —• JV.La spiegazione di questo fenomeno è che il flusso elettronicoche attira la griglia-schermo è assorbito dalla placca equesto assorbimento diventa più forte quando V a aumenta.Quando V a è eguale a 120 V, I a possiede un valore di2,4 mA e lo conserva sensibilmente fino oltre i 180 V.In questa parte di caratteristica la corrente anodica èdunque indipendente da V a : le variazioni di tensione dellaplacca non hanno più che un'influenza trascurabile sulla correnteanodica e la valvola si comporta come un circuito aventeun solo parametro variabile: V g .

140 Parte prima - Capitolo tredicesimoNe segue che la pendenza 8 di una valvola a griglia-schermopossiede sensibilmente lo stesso valore, tanto se la misuraè fatta staticamente/ firn.che dinamicamente.La resistenza interna,rapporto dellevariazioni di V a allevariazioni di I a , èeccessivamente grandeessendo queste ultimevariazioni troppopiccole; questa resistenzaraggiungeper es. nelle valvoledel commercio 188000ohm circa nelle condizionidi migliorfunzionamento.La pendenza 8è data dalla caratteristicaI a = f (V g );essa è di 0,8 raA/V(figura 110) per lavalvola esperimentiara.vgvofrFig. 110.Se ne deduceche il coefficiente diamplificazione K, che è dato da K = R, x 8circa 150.Questo enorme coefficiente si spiega peril fatto che una valvola griglia-schermo e ^o—come una valvola a doppia griglia (tetrodo) *°raggiungenella quale K = h a x k b , essendo ~k a il coefficientedi amplificazione griglia interna-grigliaesterna, Jc b il coefficiente griglia esterna-placca (fig.Fig. 111.111/Valore ottimo della tensione di schermo (V és-La tensione di griglia-schermo è un fattore che modificaenormemente le caratteristiche della valvola.Le fìgg. 112 e 113 danno K e 8 in funzione di V gg . La prima

Le valvole schernitile 141mostra che si avrebbe vantaggio a diminuire V ys aumentandoin queste condizioni enormemente il coefficiente K.30 60 90 120 750Vgs voltFig. 112.Al contrario, la seconda figura mostra che S diminuirebbeS rnA/volt |30 60 120 150Fig. 113.V(/s voltrapidamente, così che si otterrebbe una valvola a forte resistenzainterna e a grande coefficiente di amplificazione.

142 Parte prima - Capitolo tredicesimoQuesto ci permette, variando V gs , di adattare più o menol'impedenza della valvola all'impedenza del circuito accordatoo del trasformatore di A. F.Tuttavia una diminuzione troppo forte di V gs rende lostadio di A. F. troppo instabile (ricordando che la capacitàgriglia-placca non è nulla ma di 0,01 cm. circa).Le migliori condizioni di funzionamento per la valvolasperimentata (con circuito adatto) sono le seguenti:7 a = 150V; 7, S = 75V.La figura 114 si riferisce ad un'altra valvola del commercioavente le seguenti caratteristiche: tensione al filamento 4volt, corrente al filamento 0,07 amp, pendenza 1 mA/volt.Tensioni di placca e di griglia schermo, consigliate, rispettivamente150 e 100 volt.

Le valvole schermate 143Calcoliamo l'amplificazione possibile utilizzando il nostrocircuito accordato e la valvola considerati precedentemente.Il rapporto del trasformatore di alta frequenza è:1/ Z 1 / 227000• = VIS, = V ISsóoo -1 > 09Questo rapporto è sensibilmente eguale all'unità. Possiamodunque in questo caso utilizzare il montaggio ad anodoaccordato, e l'amplificazione per stadio sarà *x st = K ^-qr^: = 82,5Diminuiamo ora V gs di 25 F e vediamo ciò che divental'amplificazione :K aumenta notevolmente: 450 (figura 112).8 diminuisce: 0,55 mA/V (figura 113).Se ne ricava:KEi= ^r = 818000 ohmIl rapporto del trasformatore di A. F. è:l Ì~Z I / 227000• = V B; = I ÌIMMT = °> 52e l'amplificazione per stadio:K s t = — Kxn = 117Si vede che la diminuzione di V gs ha causato un leggerissimoaumento dell'amplificazione per stadio; tuttavia questoprocedimento è inutilizzabile poiché lo stadio si mette intali condizioni ad oscillare.La selettività.Sappiamo che la selettività è funzione della curva di risonanzadel circuito oscillante. Essa dipende da due fattori:1°) dalle caratteristiche proprie del circuito.2°) dalla resistenza interna dejla valvola alla quale ilcircuito è connesso.

144 Parte prima - Capitolo tredicesimoOra il primo di questi fattori è costante per costruzione;il secondo è egualmente costante grazie alVutilizzazionedi un trasformatore di alta frequenza di accoppiamento con rapporton adeguato.In effetti la resistenza di ammortizzamento É am in parallelosul secondario èda cuiOra noi abbiamou-ZR am = Ri x — = ZFig. 116.R am è dunque indipendente da R { (resistenza internadella valvola) ed è equivalente alla resistenza dinamica delcircuito accordato.Spesso si constata che la selettività aumenta con la resistenzainterna della valvola; questo fenomeno provienedal fatto che si utilizza frequentemente ed a torto, un circuitoaccordato inserito direttamente nel circuito anodico dellevalvole di alta frequenza, siano esse di forte o di debole resistenzainterna.Bobine speciali.Eicordiamo che la capacità residua delle valvole a grigliaschermoè dell'ordine di 0,001 cm. come vedremo meglio parlandodelle valvole schermate per corrente alternata.Questo valore ci permette, senza alcun pericolo d'instabilità,di utilizzare un circuito accordato di debolissima resi-

Le valvole schermate 145stenza di alta frequenza in maniera da aumentare l'amplificazionedello stadio, risultante dall'aumento della resistenzadinamica di questo circuito. Si può utilizzare a tale scopouna bobina composta di 56 spire di filo di rame elettroliticodi 4/10 di mm. di diametro ricoperto di 3 strati di seta e avvoltesu un tubo di 85 mm. di diametro.Le due estremità di questa bobina sono connesse direttamenteagli estremi del condensatore d'accordo senza alcunsupporto intermedio e ad una distanza minima di 3 cm. daquesto condensatore, con l'asse radiale della bobina ad essoparallelo.Inutile dire che il condensatore deve essere perfetto dalpunto di vista dell'isolamento e delle perdite dielettriche.La resistenza di alta frequenza che presenta la bobinanon è che di 1,7 ohm e il suo coefficiente di self-induzione è di185 microhenry.Per un valore della capacità d'accordo di 0,0002 pF la resistenzadinamica corrispondente èL 185Z = - 7r - = ~^rxn TW = 544000 ohmC.r 0.0002 X 1,7e l'amplificazione per stadio con una valvola del commercioavente un coefficiente di amplificazione 1000 ed una resistenzadi 800.000 ohm.Z 544000K " = K irn?7 = 100 ° u^wrmm = 404Siamo dunque pervenuti ad ottenere un' amplificazionetotale di 400 circa per stadio. Questo valore non è raggiuntoche con una scelta giudiziosa del materiale utilizzato e non èpossibile che schermando accuratamente il circuito di grigliao di placca.E consigliabile schermare il circuito di griglia perchècosì resta annullata l'induzione diretta di una stazione localee ne guadagna la selettività; inoltre l'assenza di schermi, equindi di parti metalliche attorno al circuito anodico, contribuiscea diminuire le perdite di A.F. di cui è sede questo circuito.Le ampolle elettroniche. 10.

146 Parte prima - Capitolo tredicesimoLe valvole schermatealimentate in correntealternata.filamento-catodoAnche le valvoleschermate sono statecostruite per essere alimentatedirettamente incorrente alternata. Anchein queste comenelle altre, l'emissioneelettronica è prodottada uno strato emittentespeciale sopportato daun catodo riscaldatoindirettamente da unfilamento a V.La materia che costituisceil supportodello strato emittenteè stata oggetto di numerosericerche.Infatti essa deverispondere a 4 funzioniben differenti:1° deve presentareuna forte inerziacalorifica ;2° la materiaemittente deve aderireperfettamente, allatemperatura di funzionamento,al sostegno ;3° sotto l'effettodi questa temperaturail catodo non devescrepolarsi sotto pena divedere lo strato emittentedisgregarsi ;4° la resistenzadeve essere la più elevata possibile.Fig. ir,

Le valvole schermate 147La figura 117 rappresenta l'interno di una tale valvoladel commercio.Fig. 118. Mg. 119.La materia utilizzata come supporto dello strato emittentedi questa valvola è una composizione di terra porosa la qualerisponde perfettamente alle funzioni enumerate. La resistenzafilamento-catodo raggiunge in funzionamento 50 megohm circa.Le figure 118 e 119 mostrano gli elettrodi di una tale valvola:la fig. 118 lascia vedere il filamento, il catodo e la griglia,la figura 119 la griglia-schermo e l'anodo.L'assenza di gradiente del potenziale lungo il catodopermette, in questa valvola, un aumento sensibile dell'emissioneelettronica; inoltre questaemissione è costante in qualsiasipunto della superfìcie del catodo.In conseguenza di ciò gli elettrodisi sono potuti disporre inmaniera tale da ridurre la capacitàgriglia di controllo placca a0,001 cm. •"•* *~ 4 e 'La figura 120 mostra il diffe- Fig. 120.rente comportamento dei filamentiriscaldati direttamente dalla corrente alternata a sinistra escaldati indirettamente a destra.

148 Parte prima - Capitolo tredicesimoNel primo caso il filamento possiede un gradientedi potenziale che provoca una emissione elettronica piùforte ad una estremità che all'altra; nel secondo casosi ha un potenziale 0 in qualsiasi punto della superfìcieemittente.La figura 121 mostra le curve caratteristiche I a = f ( V g )relative alla valvola di fìg. 117.Fig. 121.VgVotNelle migliori condizioni di funzionamento di questavalvola si ha una pendenza 8 = 1,27 mA/V ed una resistenzainterna elevatissima di circa 800.000 ohm.Il coefficiente di amplificazione K raggiunge in questecondizioni 1000.Poiché la resistenza interna B i delle valvole schermateè molto alta (anche 1 megaohm), se si lascia la resistenzadel circuito anodico esterno E a dell'ordine di quella usataper i triodi normali, circa 100.000 ohm, essa può trascurarsi

Le valvole schermate 149B arispetto ad B t nella formula K st = K — —— che diventaallora^s« = K ^7 = 8 x B aQuesta formula ci dice che l'amplificazione per stadioK st dipende solo dalla pendenza 8 ed è indipendente dal coefficientedi amplificazione K della valvola. È quindi, in pratica,inutile prendere in considerazione il coefficiente di amplificazione,anche altissimo, per valvole di resistenza interna cosìelevata se non si provvede ad avere un circuito d'accordodi altissima resistenza.Per la valvola considerata per la quale si ha un coefficientedi amplificazione di 1000 ed una pendenza di 1,2 mA/V, con uncircuito anodico esterno di 100.000 ohm si avrebbe:K st = 8 X B a = 0,0012 x 100.000 = 120Se noi allora vogliamo calcolare l'amplificazione permessada uno stadio di A. F. con una valvola dalle caratteristicheaccennate e con un circuito accordato di 227,000 ohm (resistenzadinamica Z = dove L = coefficiente di selfC X Yinduzione della bobina, C = capacità del condensatore d'accordo,r = resistenza di A. F. della bobina), si ha che il rapportodel trasformatore di A. F. necessario sarà:Z 1/227000n = i 'll i - I 800000 = °' 53Per ragioni tecniche non è però possibile adoperare untrasformatore di A.F. il cui primario ha un numero di spireminore del secondario (la risonanza del primario si trova nellagamma di risonanza del secondario, capacità tra gli avvolgimenti,ecc.). Si deve perciò contentarsi di un trasformatoredel rapporto minimo = 1 o di un circuito accordato diretto.L'amplificazione per stadio ottenuta, supponendo che ilcircuito d'accordo sia connesso direttamente all'anodo, saràallora :z^ 227000K^ = K = 1000 = 221Z + E. 227000 + 800000

150 Parte prima - Capitolo tredicesimoL'amplificazione teorica con trasformatore sarebbe di265. La perdita di amplificazione non è perciò che dell'8,4%quindi completamente trascurabile.te mA.CO 120Mg. 125200Va veffLa figura 122 è la caratteristica corrente anodica-tensioneanodica (I a —f (V a )\ della stessa valvola per una tensionedi griglia schermo di 100 V e una tensione di polarizzazionedi griglia di 1,5 V.La figura 123 rappresenta uno schema di montaggio diquesta valvola in A.F. In questa figura si è volontariamenteomesso il circuito di accensione per il quale basterebbe riunireil morsetto sinistro di C 1 al morsetto inferiore di R ± .In essa:B 1 = resistenza variabiledi 1000 ohm (10mi);B 2 = potenziometrodi 100.000 ohm (4 mA);jRo = resistenza diaccoppiamento di 1000ohm (5 mA);Mg. 123.C x - C 2 - C 3 — condensatoridi 2 \iF.La resistenza R 1 deve essere regolata in maniera che latensione agli estremi di C\ sia di 1,5 V.

Le valvole schermale 151La figura 124 si riferisce ad un'altra valvola schermataad accensione indiretta avente le seguenti caratteristiche:tensione del filamento 0,6 volt, corrente del filamento 1,2amp., pendenza 1 mA/volt. Tensioni di placca e di grigliaschermoconsigliate, rispettivamente 150 e 100 Volt. In talicondizioni si ha una resistenza interna di 90,000 ohm ed uncoefficiente di amplificazione di 90.L'uso pratico delle valvole schermate.Per ottenere con una valvola schermata di alta frequenzauna grande amplificazione occorre come abbiamo visto chel'elemento di accoppiamento collegante la placca di questavalvola con la griglia della successiva sia adattato alla vai-

152 Pai te prima Capitolo tredicesimovola schermata. Come elemento di accoppiamento si può fareuso di un trasformatore di alta frequenza a circuito secondarioaccordato (fig. 125) o di un autotrasformatore (fig. 126)o di un circuito anodico accordato (fig. 127).Fig. 125.Si possono ottenere anche notevoli vantaggi con dellevalvole riceventi di alta frequenza a debole resistenza internae usando un accoppiamento a trasformatore appropriato; perònel caso di valvole schermate ad alta resistenza interna, questoha poca importanza.Gli stessi risultati si otterranno usando un accoppiamentopiù semplice a mezzo di un circuito anodico sintonizzato (fi-

Le valvole schermate 153gora 127). Se si vogliono sfruttare a fondo le qualità straordinariedi una valvola di alta frequenza schermata, cioè se sivuole ottenere la più grande amplificazione possibile per stadio,occorre :1° che le perdite nel circuito anodico accordato sianole più deboli possibili;2° che lo schermaggio dell'apparecchio sia eseguito conla più grande cura. Più l'amplificazione è grande e maggioresarà la tendenza dell'apparecchio a funzionare in maniera irregolare.In generale non è molto difficile reaizzare una stabilitàFig. V27.sufficiente con uno stadio di amplificazione di alta frequenza.Le difficoltà non saranno notevoli che quando si tratterà didue o più stadi di alta frequenza.biella valvola schermata la capacità griglia-placca è ridottaad un valore tanto piccolo che un accoppiamento tra ilcircuito anodico e di griglia non è praticamente possibile. Èevidente che il vantaggio di una tale valvola non sarà di alcunautilità se non si protegge il circuito anodico, quello dellagriglia e le loro connessioni rispettive anche all'esterno dellavalvola, e in maniera almeno tanto efficace quanto nell'internodella valvola stessa.In generale lo schermaggio magnetico ed elettrostatico dellebobine e dei condensatori dei circuiti anodico e di griglia condelle placche di rame o di alluminio non è sufficiente. In questo

154 Parie prima - Capitolo tredicesimocaso resta sempre l'accoppiamento dei conduttori di questicircuiti. Il metodo più semplice per evitare gli accoppiamentitra questi conduttori consiste nell'inserire tra il circuito dioscillazione ed i catodi rispettivi, un condensatore di bloccodi un valore sufficiente (0,1 a 1 yìF) (fig. 128), ma esso non èsempre sufficiente.In tal caso le correnti di alta frequenza passeranno, almenoin parte, attraverso il condensatore e non lungo il conduttore.Si otterrà uno schermaggio ancora più efficace usandoun tale condensatore in combinazione con una resistenza ouna bobina di reattanza. Come regola generale si può am-Fig. 328.mettere che è necessario schermare, in questa maniera, tantol'anodo che la griglia di ogni valvola dagli altri anodi e griglie.La fìg. 129 mostra lo schema di principio. Il condensatoree la resistenza funzionano come potenziometro.Le fluttuazioni della tensione tra a e b saranno assorbiteper la maggior parte dalla resistenza o dalla bobina d'impedenzamentre che le variazioni della tensione tra a e e sarannoben minori. I valori del condensatore e della resistenza sonoindicati nella figura 129.Quanto allo schermaggio vero e proprio vale meglio provvedereogni valvola con i suoi elementi di accoppiamento, diuno schermo metallico separato. Questo schermo deve esserecollegato, sia direttamente sia a mezzo di una grande capacità,al catodo. Lo schermaggio si farà di preferenza in ma-

Le valvole schermate 155niera che la parte superiore dell'ampolla e la connessione dellaplacca della valvola schermata si trovino nello schermo dellostadio seguente. Disporre le bobine separatamente in schermimetallici chiusi costituisce anche una protezione efficacissima.Come materiale per lo schermaggio si possono usare delleplacche di rame di 0.3 mm. circa o delle placche di alluminiodi 1 mm. circa. Per evitare lo smorzamento nelle bobine bisognaallontanare sufficientemente gli schermi da queste; ladistanza sarà p. es. eguale al diametro od al raggio delle bobine.0,1 M/iFig. 129.Il montaggio orizzontale delle valvole di alta frequenzasarà spesso vantaggioso perchè allora lo schermaggio è piùfacile ad eseguirsi. Tuttavia bisogna fare attenzione a che ilpiano della placca si trovi nella posizione verticale (fig. 130).Inoltre si dovrà avere cura di separare bene la parte dialta frequenza dalla parte di bassa frequenza altrimenti delleoscillazioni di alta frequenza potrebbero disturbare la ricezione.Si userà p. es. una bobina d'impedenza di alta frequenzadi dimensioni appropriate con dei condensatori di blocco nelcircuito anodico della valvola detectrice.In questi ultimi tempi si è andato sviluppando l'uso dellavalvola schermata come detectrice con accoppiamento a resistenza.Questa connessione permette di raggiungere un'am-

156 Parte prima - Capitolo tredicesimoplifìcazione enorme. La fig. 131 mostra lo schema di un apparecchioa due valvole utilizzante una valvola schermata come\ / detectrice.Oltre che come detector utilizzando la curvaturadella corrente di griglia le valvole scher-Fig. 130mate vanno ora anche affermandosi nell'uso come detectorper corrente di placca.Abbiamo già visto come avviene questa specie di rettifi-Fig. 131.cazione. La rig. 132 rappresenta la caratteristica di placca diuna valvola. Occorre che il punto di funzionamento di questavalvola sia nel ginocchio inferiore della curva. Nel caso dellafig. 132 occorre quindi che la griglia abbia una tensione nega-

Le valvole schermate 157tiva di almeno 8 Y. Applicando alla griglia una tensione alternatarappresentata dalla curva C x è evidente che le alternanzepositive, tratteggiate nella figura, provocheranno un notevoleaumento di corrente di placca mentre che le alternanze negativel'annulleranno o la renderanno piccolissima. Vi sarà quindiun effetto di raddrizzamento. Riepiloghiamo qui rapidamentei vantaggi di questo metodo di rettificazione di fronte all'altrodel condensatore shuntato dalla resistenza di fuga.La rettificazioneper corrente di placcafavorisce uniformementetutte le frequenzementre ilcondensatore shuntatospesso favoriscesolo alcune frequenzeTensione di grigliaacustiche.La rettificazioneper corrente di placcapermette di rettificarecorrenti di alta frequenzamolto intensementre nella rettificazioneper correntedi griglia una correntedi alta frequenzaintensa sovraccaricala valvola specialmentenei « forti » ciòche produce una deformazionenei suoniFig. 132.rendendo la voce cavernosa e spesso incomprensibile. Il vantaggiodi poter rettificare correnti di alta frequenza moltointense risiede anche nel fatto che si può allora usare un solostadio di bassa frequenza con valvola di grande potenza mentreraramente questo è possibile nel caso della deteczione per correntedi griglia.Ma anche il metodo di rettificazione per corrente di placcanon è scevro d'inconvenienti. Anzitutto esso presenta una sensibilitàminore: bisogna alimentare la valvola detectrice conuna maggiore potenza per avere la stessa intensità di audi-

158 Parte prima - Capitolo tredicesimozione. Per rimediare a questo inconveniente occorre amplificaremaggiormente in alta frequenza.In secondo luogo la valvola detectrice per corrente diplacca ha bisogno di una tensione di polarizzazione di grigliamolto precisa per poter trovare il punto di lavoro esattamentesulla parte più curva della caratteristica. Specialmente quandoil ginocchio di questa caratteristica è poco pronunciato la ricercadel punto migliore di lavoro riesce diffìcile e da ciò puònascere deformazione dei suoni specialmente quando il segnaleproveniente dall'alta frequenza non è molto forte.Utilizzando in questo stadio di detector una valvola schermata,si può con un ingegnoso artifìcio avere una regolazioneB.F.A.T+150ca60ca¥ìs. 13:3.continua della tensione di polarizzazione così che riesce facilela ricerca del punto opportuno.La fìg. 133 mostra la valvola schermata montata comeuna valvola ordinaria cioè lasciando fìsse le tensioni di placca(P) e della griglia schermo (G s ) e trovando la polarizzazionedi griglia più favorevole mediante una presa variabile su dellepile di polarizzazione con un potenziometro sull'accensione.Questo sistema non è però raccomandabile per diverseragioni. La fìg. 134 ci mostra, come sappiamo, che variando latensione anodica, la curva si sposta verso sinistra e quindi, lasciandofìssa la polarizzazione di griglia si potrebbe ottenereil miglior punto di lavoro variando la tensione di placca. Lavalvola schermata ci offre però una maniera più semplice perquesta polarizzazione. Infatti in questo caso anziché far va-

Le valvole schermate 159riare la tensione anodica il che sarebbe più complicato che farvariare la tensione di griglia, basterà far variare la tensionedi griglia-schermo (griglia acceleratrice).La fìg. 135 mostra leconnessioni da eseguire.I vantaggi che si ottengonoin tal caso sono notevoli.Anzitutto il circuitoanodico conserva la sua impedenzapropria e poi latensione della griglia acceleratricepuò essere comandatapiù facilmente a mezzo dellaresistenza R perchè la correnteche attraversa il circuitodi questa griglia è sempremolto piccola ed è notocome resistenze variabili possono diffìcilmente sopportare correnti notevoli, come quella anodica per esempio.T- ~ _ Generalmente-*-k15.12 Tensione grigliaAT + 150C*'OOOONP—^wfowyywv—A.T+ 60caFig. 13,Fig. 134.SIshunta la resistenzaB con un condensatoreC di qualche [xF.Basterà la semplicemanovra della resistenzaR per spostarela curva caratteristicafino a portare il ginocchioinferiore sulpunto di lavoro dellagriglia normale. Efacile calcolare il valoredi questa resistenzaR in base allacorrente di griglia-schermo, che è sempre dell'ordine di qualchedecimo di mA, ed alla caduta di tensione che si vuole ottenere.La valvola dello stadio finale che segue la valvola schermatadetectrice è preferibile sia una valvola a resistenza moltobassa o un pentodo.

CAPITOLOXIV.P e n t o d iAbbiamo detto nella prima parte di questo volume, chedurante il funzionamento la pendenza della caratteristica diun triodo diminuisce (pendenza dinamica) e quindi diminuisceK così che il fenomeno si può considerare come nocivo.Abbiamo concluso che gli sforzi dei costruttori si sonoorientati verso una valvola nella quale i valori « dinamici » fosseroeguali ai valori « statici ».Prima di studiare attraverso quali procedimenti si è pervenutialla costruzione di una tale valvola, vogliamo far notareuna seconda causa di diminuzione della pendenza statica.Dalla formula:K statS din = — ^ = = =V (R,• +J2) a + (27u/i)8in cui K = coefficiente di amplificazioneRi = resistenza interna della valvolaR = resistenza ohmica dell'altoparlante/ = frequenzaL ~ coefficiente di selfinduzione dell'altoparlante,si deduce che essa diminuisce quando la frequenza / aumenta(flg. 136).Da ciò che abbiamo detto possiamo concludere che la ragioneprincipale della diminuzione della pendenza della caratteristicastatica è dovuta alla dipendenza mutua di I a eLe ampolle elettroniche. — 11.

162 Parte prima - Capitolo quattordicesimoV a . Ottenere perciò una valvola avente una caratteristica nellaquale la corrente anodica fosse indipendente dalla tensioneFig. 136. Fig. 137.anodica (fig. 137) è stato l'oggetto delle lunghe ricerche chenoi riassiumiamo in ciò che segue.Scoperta del pentodo.Il primo passo verso la « corrente anodica indipendente »è effettuato con la valvola a doppia griglia, chiamata ancoravalvola a griglia-schermo come quelle precedentemente viste.In questa valvola, come è noto, oltre la griglia ordinariadi controllo vi è una seconda griglia tra questa prima e la placca.Questa griglia ausiliare portata a un potenziale fìsso che è disolito la metà della tensione applicata all'anodo, si comportarispetto al filamento e allagriglia di controllo come un« semi anodo ».Appare chiaro come inqueste condizioni il veroanodo non possa produrreun'attrazione sensibile suglielettroni emessi dal filamento,ma su quelli che vengonoattirati dalla griglia-schermo.Per questo motivo quandoV a aumenta (essendo costantela tensione di grigliaschermoV gg ), I a dapprima aumenta rapidamente (fig. 138curva AB), ma appena la tensione anodica è sufficiente per

Pentodi 163attirare a sua volta dalla griglia-schermo tutti gli elettroniattirati da quest'ultima, e supponendo assente per il momentoun fenomeno di emissione secondaria, noi constateremo a partiredal punto I) che l'aumento dì V a non produce più cheuna piccolissima variazione di I a .Il tratto DE della caratteristica è dunque praticamenteindipendente da V a . In tal caso cioè, si ha8 din. = 8 stat.Ma il primo ostacolo si presenta sotto la forma di un fenomenodi resistenza negativa (curva BCD).Quando la placca è bombardata dall'emissione elettronicadel filamento attraverso la griglia-schermo, da questa placcasfuggono degli elettroni secondari.In un triodo questo fenomeno non presenta delle noiepoiché questi elettroni sono riassorbiti dall'anodo, ma in unvalvola a due griglie quando il potenziale della griglia-schermodiventa superiore a quello dell'anodo(curva BO) gli elettroni secondari chesfuggono da questo sono raccolti dallagriglia-schermo e la corrente anodicadiminuisce sensibilmente mentre V a aumenta.Una valvola di questo genere è j—

164 Parte prima - Capitolo quattordicesimoservare il suo valore fino a B (fìg. 140). La tensione dellagriglia-schermo ha potuto essere portata allo stesso valore diquella della placca così che la pendenza 8 è notevolmenteaumentata, mentre che la resistenza interna è diminuita.Quando V a è eguale a 0 volt la corrente di griglia-schermoraggiunge il suo massimo: infatti in tal caso questo elettrodofunziona da anodo come in un triodo ordinario.Man mano che V a aumenta, la corrente di griglia-schermoIg S diminuisce contrariamente a I a , così che l'emissione elettronicatotale è sensibilmente costante.Nella parte BC della caratteristica che si riferisce ad unpentodo, la pendenza dinamica non è eguale alla pendenzastatica (infatti la caratteristica I a -V a non è orizzontale), mane differisce di poco (1,42mA/V invece di 1,5).Questa pendenza, comeaccade anche in un triodoordinario, diminuisce quandola frequenza aumenta, e ciòè dovuto all'aumento dell'impedenzadell'altoparlante.La figura 141 permettedi rendersi conto dei valoridella pendenza dinamica 8din. per un triodo di potenzae per un pentodo.Dall'esame di queste curve si ricavano degli insegnamentiutilissimi:1° la pendenza del triodo cade, durante il funzionamento,da 2,6 a 1,35. mentre che la pendenza dinamica delpentodo conserva sensibilmente il suo valore statico;2° la diminuzione di 8 din. in funzione della frequenzaè, nel caso del triodo, eccessivamente grande; a 70 periodilisuo valore non è più che 1,3 mA/V mentre che per il pentodoquesto valore si manifesta ancora alla frequenza di 1000 periodi.Alle frequenze di 5000/8000 periodi la pendenza dinamicadel triodo si avvicina all'asse delle ascisse, ciò che vuol direche queste frequenze non sono quasi affatto trasmesse all'altoparlante.Nel caso del pentodo la pendenza è ancora di 0,7 mA/V,cioè circa la metà del suo valore a 30 periodi.

Pentodi 165Queste cifre mostrano la superiorità del pentodo da] puntodi vista della riproduzione delle frequenze da 30 a 8000 periodi,nonché la pendenzadinamica eccezionalmenteforte che presentail pentodo.Conoscendo i valoridinamici della pendenza 'noi possiamo calcolarepentodola forza elettromotrice

166 Parte prima - Capitolo quattordicesimoriodi. A questa frequenza l'impedenza Z di un altoparlanteelettromagnetico è di circa 15000 ohm. (figura 144) e la pendenzadinamica di un pentodo è di 1,3 mA/V circa.Il valore massimo della f. e. m. alternata applicabile allagriglia di comando è, in queste condizioni dato dalla formula:V„ max =V„ alt. 1308 din. x Z 0,0013 x 150006,5 V maxJSTotiamo che la grandezza della f. e. m alternata di grigliavaria costantemente con la frequenza, ma a nostro avvisonon deve essere oltrepassato un valore massimo di 6 a 7 V.Con i dati che noi possediamo si può calcolare la potenzaX10di uscita che può fornire il pentodo considerato, senza alcunadeforma zione :W. V a alt. XIX COS 9dove V a alt. = f.e.m. alternata di placcai — orrente anodica alternata corrispondentecos 9 =0,5 circa per un altoparlante elettromagneticoV a alt. = 330 V massimi, cioè 130 x 0,707 = 92 V efficaciI —8 din. x f. e. m. efficace alternata di griglia= 0,0013 X 6,5 X 0,707- 0,006 AW s 92 x 0,006 x 0,5 = 0,276 watt.Calcoliamo ora a titolo di paragone la potenza di uscitamassima di un triodo a 1000 periodi (p. es. del triodo B 405riportato nella tabella di fìg. 12):

Pentodi ­­­la f.e.m. alternata di griglia = 12 V max = 8,5 V eff.la f.e.m. altera, di placca = 8,5 X 0,0003 x 15000 = 30 V off.I = 6,5 x 0,0003 = 0,002 A circaW s = V a àlt. X I X cos 9 = 30 x 0,002 x 0,5 = 0,03 W.Così dunque alla frequenza 1000 il pentodo prima considerato(il tipo B 443 Philips) dàuna potenza di circa 0,276 wattcon una l'orza elettromotrice alternatadi griglia di 6,5 V mentreil triodo B 405 con una forza elettromotricedi griglia (piasi doppianon produce che 0,03 watt.La superiorità del pentodosul triodo è già ben accentuataverso 50 a 100 periodi, ma nell'intervallo100/8000 periodi laseconda valvola si mostra nettamenteinferiore.La fìg. 145 mostra le curve relative alle potenze di questedue valvole per una stessa f. e. m. alternata di griglia.La riproduzione delle note alte per un altoparlante alimentatoda un pentodo può sembrare eccessiva per alcuni. Èperciò utile inserire in parallelo all'altoparlante un filtro lacui impedenza sia altissima alle frequenze di 50-100 periodima diminuisca man mano che la frequenza aumenta.In tal modo una certa frazione delle correnti telefonichedi frequenza 2000/8000 è derivata dall'altoparlante e la riproduzionesembra più grave.Un tal filtro è costituito general-^n-n-aru-LTL ll^ mente da una resistenza e da una capacitàin serie; per gli altoparlanti del], ''"< 146 - commercio (p. es. del tipo elettromagnetico):R == J0.000 ohm circaC = 10.000 cm. circaAbbiamo visto che la f.e.m. alternata eli griglia non puòoltrepassare per la B 443 i 6y) V massimi.Un potenziometro di 200.000 ohm almeno deve essere inseritosul secondario del trasformatore di accoppiamento permettendocosì di evitare il sovraccarico della valvola quando

168 Parte prima - Capitolo quattordicesimosi riceve una stazione locale o una stazione di grande potenza(fìg. 147).La resistenza E inserita nel circuito di griglia schermodeve essere calcolata in maniera da produrre la stessa cadutadi tensione di quella prodotta dalla resistenza di un altoparlantenel circuito di placca. In questa maniera questi dueelettrodi sono esattamente allo stesso potenziale.Le caratteristiche visto precedentemente ci indicano:4Fig. 147i/o*2,6 mA12 mALa resistenza di un altoparlante elettromagnetico ò di 1750ohm circa, la caduta di tensione•yiiLs-A._1750 x 0?012 = 21 vPer produrre la stessa cadutala resistenza E sarà :218000 ohm circa0,0026Notiamo che per ottenere 150 Vsui due elettrodi, la tensione iniziale deve essere:150 + 21 = 171 V.Nel caso di batterie di accumulatori la tensione generalmenteusata (160 V) è indicatissima.Con un alimentatore di placca dei tipi generalmente incommercio si può anche ottenere una tensione di 170 a 180 Vnecessari per il rendimento massimo di un pentodo di piccolapotenza.La capacità C di 2 y.¥ permette alle correnti alternatedella griglia di dirigersi direttamente sul catodo (filamento)senza passare per la resistenza E e quindi senza influenzarela tensione applicata all'elettrodo.Per i pentodi non si può calcolare la potenza di uscitaallo stesso modo che per i triodi. Si avrebbero dei valori superioriai reali (quasi doppi). È preferibile il metodo oravisto.La tabella seguente corrisponde a quella già riportataper i triodi:

Pentodi 169Pentodo usatoTensione alternatamassimae ? involt circaPotenza di uscitaW« calcolatacon la formulaW»=-*- .K.S.e.r, 2Potenza effettivadisponibileCubatura del localeper il qnale è sufficientela potenzaPMlips B 443» 0 443» E 443 N» F 443101523260,92,511,915,80,451,7-24,510,2sala normale»750 m 31250 »Circa i valori dati valgono le stesse osservazioni fatte peri triodi.Un paragone però tra la potenza utile erogata da nn pentodoe quella erogata da un triodo porterebbe a delle conclusioniassolutamente false poiché un pentodo si comporta diversamenterispetto all'altoparlante, come abbiamo già accennato.Infatti il triodo riproduce le frequenze elevate in manierameno bene delle frequenze basse mentre che il pentodoal contrario, è stato specialmente costruito per una riproduzioneuniforme delle alte frequenze sonore.Tra un pentodo e un triodo aventi la stessa potenza utileil pentodo permetterà di raggiungere una più grande intensitàsonora.Il pentodo produce una corrente molto più elevata per lefrequenze elevate e poiché queste si trovano nel campo dellefrequenze udibili, l'intensità sonora è molto più grande per ilpentodo.I dati riportati per i pentodi perciò devono essere comparatitra di loro e non devono servire per un paragone tra i pentodie i triodi finali.

PARTE SECONDA.LA CELLULAFOTOELETTRICA

CAPITOLO I.La cellulafotoelettricaSi sapeva da lungo tempo che la resistenza del selenio è,in certe condizioni, influenzata fortemente dalla luce. La resistenza,elevatissima quando il metallo non è illuminato, siriduce ad un piccolo valore quando esso è sottomesso ad unailluminazione abbastanza forte. È dunque possibile inserendodel selenio in un circuito a corrente continua trasformare cosìdelle variazioni di luce in variazioni di corrente.Questo fenomeno fu utilizzato per la prima volta dalProf. Korn che costruì una ventina di anni fa a mezzo di unacellula al selenio un apparecchio per la trasmissione delle immaginicorrispondente in molti punti al sistema attuale di fototelegrafìa.Una delle cause per la quale i risultati non furonodel tutto soddisfacenti era l'inerzia della cellula al selenio cherende un tale dispositivo praticamente inutilizzabile per le variazionirapide e cioè le modificazioni dell'intensità luminosanon sono seguite immediatamente da variazioni corrispondentidella resistenza; uri certo tempo trascorre tra questi due fenomenicosì che il numero delle variazioni luminose che è possibiletrasmettere è limitato.Se la tecnica fosse rimasta ancora all'uso di queste cellule,non sarebbe stata possibile una soluzione pratica dei problemiche si presentano nella televisione e nel film sonoro.È stato tuttavia dimostrato che è possibile costruire conaltri principii una cellula che noi chiameremo cellula fotoelet-

174 Parte seconda - Capitolo primotrica che, pur avendo le stesse proprietà, non presenta l'inconvenientedell'inerzia.Le cellule fotoelettriche utilizzano la proprietà che hannoi metalli e più particolarmente i metalli alcalini di emetteredegli elettroni sotto l'azione della luce. Esse sono dei trasformatori,di debolissima potenza ed a cattivissimo rendimento,di energia luminosa in energia elettrica.Una cellula fotoelettrica si compone di un'ampolla di vetro(talvolta anche di quarzo) tappezzata di uno strato sensibilealla luce che costituisce l'elettrodo negativo (catodo) difronte al quale trovasi l'elettrodopositivo (anodo).Il catodo è generalmente costituitoda una superfìcie metallicaformata per deposito di un sottilissimostrato di un metaUo alcalino«u una parte dellaparete interna dell'ampollao anche su unaltro supporto appropriato.L'anodo è un metallodi qualsiasi naturacostituito da un filo oda una placca la cuiforma e le cui dimensionidipendono da quelledell'ampolla e dallaFig. 148 Pie. 149.disposizione relativa degli elettrodi. Questi due elettrodi fannocapo all'esterno a due morsetti per la connessione al circuitoesterno.Le fìgg. 148 e 149 mostrano due cellule di costruzione moderna.La fìg. 150 mostra lo schema di montaggio esterno dellacellula.Esso viene usato nel caso in cui l'intensità della luce incidentenon varia troppo rapidamente. La sensibilità della cellulacresce proporzionalmente col valore della resistenza B chedi solito è di 20 a 40 megohm.ISTon è conveniente però scegliere un valore troppo altoper questa resistenza perchè allora si verificherebbero delle

La cellula fotoelettrica 175fughe accidentali, come p. es., tra griglia e filamento di imavalvola amplifìcatrice.Quando non occorre un'estrema sensibilità si può usareuna resistenza minore,p. es., di 2 megohm. Inquesto montaggio lagrande capacità del catodosferico depositatonell'interno dell'ampolla,esercita un'influenzanociva quando l'intensitàluminosa varia rapidamente.Infatti questacapacità tra i dueAnodoCellulaFig. 150.elettrodi della cellula, unitamente alle altre due capacità griglia-filamentoe griglia-placca della valvola amplifìcatrice cuila cellula viene collegata (e che sono tutte in parallelo), costituisceuna capacità risultante C la quale si trova in derivazionesulla resistenza B (fig. 150). L'impedenza quindi trala griglia ed il filamento della valvola, tra i quali elettrodiquesta capacità si viene a trovare, diminuisce sempre di piùquanto più alta è la frequenza delle oscillazioni; la tensionedi griglia diventa allora più debole ed occorre perciò prevedereun'amplificazione maggiore per compensare questa perdita.In questo caso, che si presenta per i film sonori e per latelevisione, è da preferirsi il montaggio della fig. 151 nel qualeB k è una resistenza in serie dell'ordine di 2 a 20 megohm ed ilcui valore dipende dallaC£L L ULACATODOfa TOEL £ T TR/CArOPNOÙOih"T«Fig. 151.h\ZJ\ più alta frequenza chesi desidera amplificare,nel senso che B k crescein ragione inversa dellafrequenza.Il valore della resistenzadi fuga B g puòessere di 2 a 3 megohm,la capacità del condensatoredi accoppiamentoC di 1000 cm. circa. Nell'oscurità completa una cellula fotoelettricapresenta una resistenza praticamente infinita quindiessa, se ben costruita, non deve erogare corrente nell'oscurità.

176 Parte seconda - Capitolo primoEsposta ad una luce anche molto debole la superfìcie che costituisceil catodo emette degli elettroni i quali sono acceleratidalla tensione anodica allo stesso modo di quanto avviene inuna valvola termoionica. Questo spostamento di elettroni corrispondead una corrente nel circuito esterno anodo-catodo.Questa corrente « fotoelettrica » presenta la preziosa proprietàdi essere proporzionale al flusso luminoso incidente, ma essa ingenerale è debolissima e non oltrepassa qualche y.A nelle condizioninormali di funzionamento.La fìg. 152 mostra l'andamento di una tale corrente peruna cellula del commercio. Sulle ascisse sono riportati i valoriFig. 152.delle variazioni luminose in lumen e sulle ordinate i valori dellacorrente fotoelettrica in yA.Il valore e l'andamento di questa corrente fotoelettricavariano secondo che la cellula è a vuoto spinto o a gas. In unacellula a vuoto spinto la corrente cresce col potenziale acceleratore(tensione anodica) fino a raggiungere un valore massimodetto di saturazione. A tal punto la corrente non aumentapiù con l'aumentare del potenziale anodico ed essa può venireaumentata allora solo aumentando il flusso luminoso incidente.Nella cellula a gas invece la corrente fotoelettrica crescecontinuamente con l'aumentare della tensione anodica, ma apartire da un certo potenziale essa si « illumina » cioè diventasede di una scarica luminosa corrispondente ad una correntepiuttosto intensa ma inutilizzabile perchè non dipende più dalflusso luminoso incidente.

La cellula fotoelettrica 177La fìg. 153 rappresenta l'andamento della corrente fotoelettricain funzione del potenziale anodico per ima cellula avuoto e per l'illuminazione di un lumen.350 fOOFig. 153.130 200VSi vede che la tensione minima per la saturazione è di 40 V.Una buona tensione anodica di lavoro è quella di 100 V. La sensi-Fig. 154.fallita di questa cellula è di 2 \xA circa per lumen. La fìg. 154 si riferisceinvece ad una cellula a gas per illuminazione di 0,1 lumen.Le ampolle elettroniche. —• 12.

178 Parte seconda - Capitolo primoSi vede che la sensibilità di una tale cellula è almeno 8volte più grande, a parità di tensione anodica, di una cellulaa vuoto spinto.In questo caso una buona tensione anodica di lavoro èquella di 200 a 220 V.Cellula a vuoto o cellula a gas?I fenomeni che avvengono in una cellula a vuoto sonoperfettamente identici a quelli che si verificano in una valvolatermoionica ricevente. Come in questa gli elettroni seguonorapidamente e senza alcuna inerzia le variazioni di temperaturadel filamento così anche in una cellula a vuoto laUNITA' ANGSTROM. IN rPAPOSSQ! 'D S £> 8 SI § § § 8I ! I I 1 ' |l I ! i I 1 I ! 1 l 11 ' I iROSSO-ARANCIO GIALLO-VERDE BLU-VIOLETTOULTRAVIOLETTO1i ; i i i iFig. 155.emissione degli elettroni segue immediatamente, senza alcunainerzia, le variazioni luminose che colpiscono la superficie delcatodo. In una cellula a gas il fenomeno sfruttato è invece lostesso di quello che si sfrutta nelle valvole riceventi o raddrizzatricia gas e cioè la « ionizzazione » del gas. In tal caso laemissione elettronica non può più rispondere perfettamentealle variazioni luminose incidenti se queste oltrepassano unadata frequenza. Infatti la corrente fotoelettrica è dovuta nonsoltanto agli elettroni che si muovono verso l'anodo, ma ancheagli joni positivi che si spostano verso il catodo. La velocitàdi questi ioni è molto più piccola di quella degli elettronied il tempo quindi di cui ha bisogno un Jone per raggiungereda un dato punto, il catodo, è più grande di quelloche ha bisogno un elettrone, nella cellula a vuoto delle stessedimensioni, per raggiungere l'anodo. È quello che si verificain pratica. Mentre con cellula a vuoto si possono seguire variazioniluminose anche superiori a 100 000 periodi/secondo, con

La cellula fotoelettrica 179la cellula a gas la corrente diminuisce con l'aumentare dellafrequenza delle variazioni luminose.La fìg. 155 mostra la ripartizione dei colori nello spettrofotoelettrico. Le radiazioni dal rosso al violetto costituisconolo « spettro visibile » mentre le zone dell'infrarosso (o raggi calorici)e dell'ultravioletto (o raggi attinici) costituiscono le zonedello spettro invisibile.Le curve della fìg. 156 si riferiscono ad una cellula a vuotoed a tre tipi di cellule a gas. Si vede da queste curve (ricavateFig. 156.dal Metcalf) che mentre per la cellula a vuoto la corrente èindipendente dalla frequenza delle variazioni luminose entro ilimiti da 0 a 50.000 periodi/secondo, per contro quella dellecellule a gas diminuisce sempre di più a mano a mano che lafrequenza cresce fino ad avvicinarsi alla corrente della cellulaa vuoto.A 50.000 periodi/secondo la sensibilità di una cellula agas non è più che il doppio di quella di una cellula a vuoto.Da quanto abbiamo detto appare chiaro che mentre inuna cellula a vuoto spinto la tensione anodica a partire da uncerto valore non influenza quasi la corrente fotoelettrica, perottenere lo stesso rendimento da una cellula a gas bisogna intensificarela ionizzazione e quindi sono necessarie delle ten-

180 Parte seconda - Capitolo primosioni elevate per accelerare il movimento degli elettroni, perchèin tal caso l'urto tra elettroni e molecole gasose si producecon maggiore violenza.Abbiamo già accennato tuttavia che se si eleva troppo ladifferenza di potenziale tra gli elettrodi di una cellula a gas,il suo funzionamento diventa instabile e la cellula s'illuminabruscamente dando luogo ad un passaggio di corrente.Si ha l'impressione di avere la cellula in corto circuito;basta, in queste condizioni, che un solo elettrone sia emessodal catodo anche sotto l'influenza dell'illuminazione debolis-Fig. 157.sima, perchè si mantenga tra gli elettrodi una catena di molecoleionizzate formanti un effluvio stabile. Il « potenziale d'illuminazione» varia secondo l'intensità d'illuminazione alla qualeè sottoposta la cellula.Le curve della fìg. 157 mostrano come varia l'intensitàdella corrente fotoelettrica per differenti intensità d'illuminazionein funzione della tensione applicata agli elettrodi.È chiaro che per gli scopi usuali per i quali viene usatala cellula fotoelettrica (televisione, film sonoro, ecc.) occorreche la cellula a gas abbia un potenziale inferiore a quello diilluminazione.

La cellula fotoelettrica 181Costituzione delle cellule fotoelettriche.Tanto per intenderci su quanto diremo in seguito definiremocome intensità di una cellula fotoelettrica l'intensità inf*A della corrente fotoelettrica prodotta dal flusso luminoso di1 lumen che colpisce il catodo. Per potersi rendere esattamenteconto di come questo flusso luminoso possa colpire il catododella cellula, diremo che la cellula fotoelettrica si presenta comemostra la fig. 158, sotto la forma di un'ampolla sferica la cuiparete è totalmente argentata e quindi non lascia passare nell'internoi raggi luminosi.Questi possono penetrare nell'ampolla solo attraverso laluce incidente*Fig. 158.piccola finestra circolare. La superfìcie catodica è appuntoopposta a questa finestra di apertura, mentre l'anodo, per lopiù a forma di cerchio, è disposto quasi al centro della partesferica dell'ampolla. Il flusso luminoso incidente si calcola con' S x Pla formula 9 = — lumen, dove:8 — superfìcie in cm 2 della finestra della cellulaI = intensità della sorgente luminosa in candele HefnerR = distanza della sorgente luminosa dalla cellula.Per poter comprendere il funzionamento esatto di unacellula fotoelettrica studieremo separatamente le caratteristichedegli elettrodi che la compongono.

182 Parte seconda - Capitolo primoCatodo.L'elemento essenziale della cellula è il catodo il qualeemette gli elettroni. L'emissione elettronica normale di qualsiasisuperficie catodica cresce con la frequenza della radiazioneincidente. A tal uopo è bene ricordare quanto abbiamoaccennato a pag. 179 e cioè che le radiazioni dello spettroluminoso vanno da una frequenza minima del rosso alla frequenzamassima del violetto e ultravioletto. La emissione elettronicadel catodo passa per un massimo al di là dell'ultravioletto mentre diminuisce poi nella zona a frequenze elevate(raggi X).Già da tempo il Broglie era arrivato alla concezione seguente:1) quando si illumina un pezzo di materia, un metallo per es., conuna certa luce questo metallo espelle degli elettroni in movimento più omeno rapido.2) la velocità degli elettroni espulsi non dipende che dalla frequenzadella radiazione incidente e dalla natura del metallo.3) essa è indipendente dall'intensità della radiazione, ma il numerodegli elettroni espulsi per secondo dipende da questa intensità.4) l'energia degli elettroni espulsi varia in ragione diretta dellafrequenza.Einstein in seguito ha riconosciuto che non si poteva spiegare questofenomeno se non ammettendo una struttura corpuscolare della luce opiuttosto dell'etere.Le moderne teorie sono più propense a ritenere corpuscolare la strutturadell'etere.L'Einstein ammise che l'energia di traslazione di questi corpuscoliemessi è inversamente proporzionale alla frequenza della radiazione.Che il numero di elettroni espulsi per secondo dipenda dall'intensitàdella radiazione è evidente quando si pensi che occorrono infatti tantomeno urti per espellere un elettrone quanto più l'intensità degli urti ègrande, cioè quanto più l'intensità della radiazione è grande.D'altra parte se noi consideriamo questi corpuscoli dell'effetto fotoelettrico,essi sono animati da un movimento oscillatorio sinoidale:a = a 0 sen 2 n -~edhanno perciò ima velocitàed una energia di traslazioneda 2 TT « 0dt T1 / da \-2 m \Ht)cos 2 Ki a \ 2 1la quale è proporzionale a l-^-l e dipende quindi dalla frequenza —

La cellula fotoelettrica 183Questo efletto fotoelettrico normale è però troppo deboleper essere utilizzato nella parte visibile dello spettro che èquella che utilizzeremo per una cellula fotoelettrica.Poiché il catodo di una cellula fotoelettrica deve esseresensibile alla luce visibile si fa uso di metalli i quali appuntopresentano la particolarità di una emissione più forte nellospettro visibile.Questi metalli sono metalli alcalini o alcalino-terrosi i quali2500 3500 4500Fia. 159.5500 5500si differenziano dall'effetto fotoelettrico normale appunto perquesto effetto selettivo: essi presentano un massimo di emissionemolto acuta per una lunghezza d'onda compresa nellospettro visibile e variabile col metallo e con lo stato della suasuperfìcie.L'andamento del fenomeno è dato dalla fìg. 159) ( r ).Questo effetto selettivo però varia anche con l'incidenzadella luce. Infatti esso è nullo se la luce cade normalmente su( J ) Ricavata da uno studio della Signora Roy-Pochon.

184 Parte seconda - Capitolo primouna superficie catodica otticamente piana. Questa condizionenella cellula fotoelettrica è però sempre realizzata poiché lasuperficie catodica non è mai otticamente piana, ma abbastanzarugosa perchè siano realizzati sempre degli angoli diincidenza.I metalli alcalini presentano il massimo di sensibilità nellaparte visibile, mentre i metalli alcalino terrosi presentano illoro massimo più verso l'ultra violetto. Il metallo alcalino piùusato nella costruzione delle cellule fotoelettriche sensibili alla4000 4500 5000 5500 6000 6500 AFig. 160.luce visibile è il potassio che presenta un massimo di sensibilitàmolto elevato verso il bleu (4400 angstrom).Il cesio presenta una buona sensibilità più verso la lucerossa. Vi sono anche delle cellule fotoelettriche il cui catodo èpreparato con rubidio o sodio le quali sono specialmente sensibiliper l'ultra violetto. Pochissimo usate sono le cellule al litio.La fig. 160 mostra le curve di sensibilità di catodi preparaticon varii metalli alcalini o alcalino terrosi.Sull'entità dell'emissione fotoelettrica ha influenza, comeabbiamo accennato, oltre che la natura del metallo anche lostato della superficie catodica.

La cellula fotoelettrica 185Con la scoperta del fenomeno fotoelettrico fatta da Hertznel 1887 e con le diverse esperienze fatte da molti altri scienziati,si sono potute stabilire le seguenti leggi a cui obbedisceil fenomeno stesso e che concordano con gli studi del Broglie;1° gli elettroni emessi sono proporzionali alla quantità dienergia ricevuta, indipendentemente dalla lunghezza d'ondadella luce incidente;2° la velocità degli elettroni emessi dipende dallafrequenza della luce eccitatrice e aumenta con l'aumentare diessa.I metalli alcalini sono sensibili al fenomeno fotoelettrico,nello spettro visibile e la lunghezza d'onda limite è nel rossoo nell'infrarosso a seconda del metallo utilizzato come vedremoin seguito.L'orientamento del vettore elettrico ha una grande importanzacome abbiamo visto, ma al di là di un'incidenza di60° l'intensità della corrente diminuisce e ciò perchè avvicinandosiall'incidenza radente, la totalità dell'energia luminosaviene diffusa.Qualora l'assorbimento avvenga in uno strato più sottile,si può supporre che gli elettroni siano emessi più facilmentedalla superfìcie colpita dalla luce; ma è un'ipotesi perchè nonsi conosce lo spessore dello strato che emette gli elettroni.Molti esperimentatori hanno fatto delle prove su dei fogliettisottilissimi di platino o di altro metallo ottenendo risultatitangibili e confermando che la corrente fotoelettrica e l'energiadegli elettroni sono più grandi nel lato opposto a quello sulquale cade la luce che non nel lato illuminato; perciò nellecellule fotoelettriche il maggior effetto si potrebbe ottenerefacendo incidere la luce sul metallo alcalino dal di dietro.L'emissione fotoelettrica dipende, secondo lo studio dellaPochon già citato:a) dallo stato di purezza dello strato metallico superficialee dall'esistenza o meno di bolle gasose aderenti o assorbite;b) dallo spessore dello strato sensibile;e) dalla natura del supporto di questo metallo.L'influenza delle bolle gasose aderenti è stata provata inmaniera indiscutibile.I risultati mostrano che il potassio perfettamente puro,liberato completamente da qualsiasi traccia di ossigeno, non

186 Parte seconda - Capitolo primopresenta più l'effetto selettivo cioè l'emissione con la luce visibile.Sembra quindi che la causa di questa selettività debbaessere attribuita all'azione dei gas residui.La fig. 161 mostra i risultati ottenuti da uno studiosodi questo fenomeno, il Suhrmann, relativa ad un catodo diplatino.La curva a si riferisce al platino non degasificato, mentrele altre curve si riferiscono allo stesso catodo degasificato inun vuoto spinto per l'accensione fino all'incandescenza.La curva b è stata rilevata dopo l'accensione di 10 se-50 °° Angstromcondì, la curva e dopo 60 secondi, la curva d dopo 4000 secondie la curva e dopo 8000 secondi.Sembra che i gas che producono l'intensificazione di questoeffetto fotoelettrico siano principalmente l'ossigeno, l'idrogenoe il vapore d'acqua.Ulteriori studi hanno portato a riconoscere anche un certoaumento di sensibilità al rosso e all'infrarosso quando le superficidei metalli alcalini si trattano con piccole quantità divapore di zolfo, di benzina e di coloranti organici.L'azoto non sembra avere un'influenza notevole sull'effettofotoelettrico.Secondo il citato studio della Pochon una eccessiva quantitàdi gas distrugge la sensibilità.

La cellula fotoelettrica 187Per la formazione allora del catodo delle comuni celluleal potassio si procederà nella seguente maniera:a) formato lo strato di potassio si pratica nella cellulail vuoto spinto;b) si introduce in seguito dell'idrogeno sotto la pressionedi qualche mm. di mercurio;e) si fa passare attraverso gli elettrodi una scarica piùo meno prolungata fino a quando si constata che la sensibilitàè massima;d) si pratica in seguito il vuoto definitivo. Prima disaldare l'ampolla, se si vuole avere una cellula a gas, si introduceun gas inerte sotto la pressione dell'ordine di 1/10di millimetro.Se si vuole trovare una spiegazione a questo aumento disensibilità per effetto dell'introduzione del gas, dobbiamo pensarealla formazione di un leggero strato di idrogeno superficialeo alla formazione di un idruro di potassio o di potassiocolloidale; ma sono tutte ipotesi che non si sono potute controllare.Poiché la presenza di traccie gasose non nuoce, anzi giovaalla sensibilità, non è neanche necessario degasifìcare al massimogli elettrodi e ciò semplifica molto la fabbricazione dellecellule, si rende però più difficile la lavorazione in serie poichériesce più difficile avere delle cellule perfettamente eguali l'imaall'altra.Secondo il Campbel uno strato sottilissimo (invisibile) possiedeuna emissione caratteristica del tutto diversa da unostrato spesso del metallo stesso. In generale il metallo alcalinoin strato sottilissimo si presta di più per la parte a breve lunghezzad'onda dello spettro. Le figg. 162 e 163 mostrano i risultatiottenuti dal Campbel.Nella fig. 162 la curva a si riferisce ad uno strato spessodi potassio sensibilizzato, la curva b ad uno strato sottile suargento non ossidato e la curva e ad uno strato sottile su rameossidato.Si vede che il deposito di potassio su argento non ossidatoha per effetto di spostare il minimo verso il rosso e di ridurremolto la sensibilità verso il bleu. Sul rame ossidato la perditadi sensibilità verso il bleu è ancora maggiore.La fig. 163 si riferisce ad una cellula al cesio, la curva aper uno strato spesso e le curve b e e per uno strato sottile di

188 Parte seconda - Capitolo primol+ooo 5000 6000Fig. 162.}000 %ooocesio su argento ossidato con due metodi differenti. Il cesioin strato spesso presenta un massimo di sensibilità verso i5500 A, mentre il cesio in strato sottile su argento ossidato•noAOi, 000 §000 (j 000"lOOO g 000Fig. 163.

La cellula fotoelettrica 189non presenta più alcnn massimo nello spettro visibile, malo ha spostato verso l'ultravioletto nel caso b e verso l'infrarossocaso e. Anche col litio si sono ottenuti risultati analoghi.Da tutto quanto esposto si può dedurre che per avereun'efficiente cellula fotoelettrica col sistema del metallo alcalinoè necessario:a) che questo metallo sia granuloso e non lucente affinchènon rifletta energia luminosa;b) che lo strato sia sottile per l'ipotesi confermata chegli elettroni vengono emessi più facilmente;e) è indispensabile avere sotto lo strato granuloso dimetallo alcalino uno strato lucente per riflettere l'energia luminosa.Affinchè gli elettroni possano rimbalzare indietro questostrato lucente potrebbe anche essere formato al di fuoridell'ampolla oppure sulla superficie esterna.d) la cellula può essere costituita anche da due laminesottilissime di metallo (di IO" 7 cm. di platino); la luce colpisceuna lamina ed il bombardamento elettronico si effettua trala faccia non illuminata di questa lamina e l'altra.Per quanto le cellule siano poco variabili, col tempo si appalesanodelle modifiche nello strato di metallo, per cui la sensibilitàfotoelettrica non presenta un'assoluta stabilità.I metalli alcalini nel vuoto, in modo assoluto non presentanostanchezza al fenomeno; e per altro l'effetto fotoelettricoè rigorosamente indipendente dalla temperatura.Per fabbricare una cellula in metallo alcalino, il metallos'introduce nella cellula allo stato di vapore dopo una o parecchiedistillazioni nel vuoto e mentre si stabilisce questodeposito sull'ampolla, nell'interno di essa si riscalda la zonache deve rimanere senza deposito (finestra della cellula) oppuresi copre questa parte con un dischetto di mica che in seguitosi fa cadere nel collo dell'ampolla con un piccolo colpo. Ilsupporto del catodo viene mantenuto freddo. Per ottenere ungrande lavoro in serie si segue anche il procedimento d'introdurrenell'ampolla un sale del metallo alcalino che si decomponein seguito col calore di alta frequenza o di unastufa.II potassio, conservato nel petrolio, viene distillato in untubo come quello riportato in fìg. 164 nel quale viene praticatoil vuoto più spinto.

190 Parte seconda - Capitolo primoIl potassio distillato viene raccolto nel tubo inferiore 3dal quale se ne raccoglie qualche centimetro cubico che vieneimmesso nella cellula (fig. 165). La purificazione dell'idrogenosi fa a mezzo di un osmo regolatoreche utilizza la proprietà delplatino portato al rosso, di nonlasciare passare che l'idrogeno.^STelle cellule al potassio e alsodio il catodo si può formare anchecol metodo Burth per « elettrolisi» del vetro ; si immerge l'ampolladi vetro in un sale fuso delmetallo alcalino mentre nell'internodell'ampolla si trova un filamentoche può venire acceso. Avvenutal'immersione si stabilisce una tensionedi un centinaio di Yolt traquesto filamento (polo negativo)ed il sale fuso (polo positivo). Ilfilamento viene intanto accesocosì che esso emette degli elettroni. Gli ioni positivi alcalinidel sale penetrano nel vetro e spostano un numero equivalentedi ioni dello stesso metallo inizialmente racchiusi nel vetro;questi ultimi raggiungono la parete interna dell'ampolla e vengononeutralizzati dagli elettroni emessi dal filamento; i vaporimetallici cosìprodotti si condensanosulla parete raffreddatadell'ampolla.Si ha così una superfìciecatodica la qualeperò risulta piuttostoriflettente e, per ciòche abbiamo dettopiù sopra, essa nonpresenta perciò una5eccessiva sensibilità.Fig. 165.Si potrà aumentaredi molto la corrente selettiva provocando una modificazionedello strato superficiale trattando il metallo con la scaricaelettrica in una atmosfera di idrogeno alla pressione di

La cellula fotoelettrica 191mezzo millimetro; il trattamento di qualche secondo basta aprovocare questa modificazione che si manifesta con una colorazionecaratteristica molto viva, a seconda dei metalli. Pelpotassio, che è il metallo più comunemente usato, si ha unbel color violetto, dovuto ad una disposizione laminata (pellicolare)di idruro.Per poter aumentare l'intensità della corrente, comunementesi utilizza la ionizzazione per urti nelle cellule a gas immettendonelle ampolle un gas inerte, elio, argon o neon poichésolo con questi gas l'urto degli elettroni con le molecole riesceperfettamente elastico. Gli elettroni che al momento dell'urtohanno una velocità troppo piccola per provocare la ionizzazione,non subiscono perdite di energia, ma quelli con velocitàsufficiente la perdono tutta nell'urto e producono dueioni di segno contrario. Essendo la pressione molto debole (ordinedel millimetro) lo ione negativo che nasce è un elettronelibero che, con l'influenza del campo elettrico si orienta anch'essoverso l'anodo, producendo dei nuovi ioni. Il gas impiegatodeve essere molto puro perchè tracce di gas estranei, sopratuttose sono elettropositivi, sono nefasti per la sensibilità.Per ricavare una legge di proporzionalità non empirica,tra la corrente e la tensione di una cellula i principali elementida evitare sono:1) la corrente di oscurità;2) l'accumulazione di cariche elettriche del vetro dell'ampollache reagiscono sulla ripartizione del campo elettrico,nell'interno della cellula.Con l'assenza d'ogni luce (col che nessun elettrone lasciala superficie del metallo) la cellula risulterebbe, come abbiamodetto, avere la sua resistenza infinita; ma a causa della caricache si sposta alla superfìcie del vetro, viene a crearsi una correntedi oscurità dello stesso senso della corrente fotoelettricae che se non si può annullarla, si può almeno renderlamolto piccola munendo il catodo e l'anodo di anelli di guardiamessi a terra, che servono anche alla protezione della cellulastessa (fìg. 166).Gli elettroni non raccolti dall'anodo, raggiungono facilmentela parete di vetro, e così delle cariche elettriche si accumulanoe modificano naturalmente il campo nell'interno, inconvenientegrave per l'inerzia della cellula, ma rimediato colfare la retina dell'anodo a maglie strette.

192 Parte seconda - Capitolo primoLa legge di proporzionalità è tanto più ottenibile quanto piùl'intensità della luce è debole.La cellula comunemente va montata in una scatola dimetallo con le pareti interne annerite e messa, in comunicazionecon la terra.Come dianzi accennato, per la sua stessa natura, il fenomenofotoelettrico non presenta inerzia. Alcuni fenomeni secondariperò possono farla apparire.Questi possono essere dati dalla lentezza relativa collaquale le cariche elettriche raggiungono le pareti e si spostanosul vetro tra le granulazioni delmetallo attivo. Siccome le caricheCà-to dreagiscono sul campo elettrico internoe quindi sulla traiettoria degli elettroni,occorre perciò un tempo ancheminimo perchè lo stato di regimesi stabilisca; per cui si può avereuna inerzia apprezzabile. Per prevenireciò si usa inargentare tutto l'internodell'ampolla meno la finestradi entrata, e con tale accorgimentonon si possono accumulare sulle pareticariche nocive.Il professor Bloch, esperimentando con una cellula alpotassio, e facendo pervenire la luce attraverso buchi fattisu un disco rotante (con la cellula in circuito con una pila,un milliamperometro ed un telefono) ha dimostrato che finoal limite della frequenza udibile, la corrente fotoelettrica seguele variazioni della luce. Quindi si deduce che l'emissione fotoelettricasi produce per la durata di luce inferiore a 1/2000 disecondo.Anche Marx e Lichtenecker hanno dimostrato che la correntefotoelettrica si produce per durata ancora minore, e conl'esperienze di questi due scienziati, risulta che l'emissionefotoelettrica -si produce egualmente con un'energia incidenteeguale a 0,56 erg./sec. per cm 2 con intervalli fino aIO" 7 sec.Abbiamo già parlato dell'inerzia delle cellule a gas.La stanchezza fotoelettrica non esiste per i metalli alcalininel vuoto, e numerosi sperimentatori sono d'accordo su questopunto. Un fenomeno che afferma tale asserto sulla assenza di

La cellula fotoelettrica 193stanchezza è che la sensibilità invece di essere ridotta con laesposizione alla lnce è in generale aumentata.L'anodo.La forma dell'anodo determina nella cellula fotoelettricala forma del catodo, essa perciò è tutt'altro che trascurabile.La natura della sostanza dell'anodo non ha teoricamentealcuna importanza, mentre la sua forma e la sua disposizionerispetto al catodo determinano l'intensità e la ripartizione delcampo elettrico nell'interno dell'ampolla.Non è possibile avere un anodo a forma di placca pianae parallela al catodo, come sarebbe desiderabile per avere uncampo uniforme nell'interno, perchè esso intercetterebbe la luceche deve colpire il catodo.Per avvicinarsi a questa condizione ideale si fa l'anodoin forma di griglia metallica o di filo avvolto a spirale.In molti tipi di cellule l'anodo è anche costituito da unfilo rettilineo di fronte a un catodo sferico (questa disposizionedel catodo sferico permette di utilizzare al massimo la luce perla moltiplicazione del numero di riflessioni sulla sua superfìcie).Un'altra disposizione usata in Francia è quella di un catodoemisferico e di un anodo rettilineoAlcune cellule a gas così costituite funzionano in unazona compresa tra la scarica normale e quella d'illuminazionecon grande sensibilità, ma con emissione intermittente; sonocellule utilizzate quasi esclusivamente per segnalazioni, datal'intensità della corrente che si può avere con esse.Un tipo di cellula moderno costruito specialmente in Franciapresenta due anodi sotto forma di anelli l'uno dietro l'altroe un catodo sferico sul vetro. L'anello interno serve come anodoausiliario e viene portato ad un potenziale positivo molto elevatoper accelerare la velocità degli elettroni, ma meno elevatodi quello dell'anodo principale. In tal modo la correntefotoelettrica viene notevolmente aumentata. Nel circuito dell'anodoausiliario (anello interno) si inserisce una resistenzadi 100.000 ohm circa quando si utilizza la corrente del catodo,quando cioè si collega direttamente il catodo della cellula allagriglia della valvola amplifìcatrice e di 10 megohm circa quandoinvece si collega l'anodo normale (anello esterno) alla grigliadi tale valvola.Le ampolle elettroniche. — 13.

194 Parte seconda - Capitolo primoGas.I gas inerti che si utilizzano per il riempimento delle cellulea gas sono, come abbiamo già visto, l'argon, il neon el'elio. La natura del gas non sembra avere però grande influenzasull'andamento della corrente.La pressione del gas deve essere dell'ordine di 1/10 di mm.generalmente più elevata per l'elio.Vetro dell'ampolla.Si adotta generalmente il cristallo o il pyrex, che sopportanoforti differenze di temperatura, per le cellule sensibilialla luce visibile. Per le cellule sensibili all'ultravioletto è preferibileil quarzo che è permeabile ai raggi ultravioletti finoa 2500 A. Si può anche fare uso in tal caso di una cellula in vetrocon una finestra saldata in quarzo per il passaggio della luce.Calcolo della corrente fotoelettrica.Ci riportiamo per il calcolo di questa corrente al calcolodella corrente anodica di una valvola termoionica.Eiportiamo in fig. 167 il circuito di connessione di unavalvola e in fig. 168 quello di una cellula.Fig. 107. Fig. 168.Se iT è il coefficiente di amplificazione della valvola di resistenzainterna Ri, per la legge di ohm si ha (fig. 167):EKe a ~Rj' e °R -4- R; R•p- + 1

La cellula fotoelettrica 195Ke ricordando che B t x S = K ossia -=- = 8 si ha:Mila =che ci porterebbe alla conclusione che per avere una grandecorrente anodica si dovrebbe avere una resistenza esterna Rla più piccola possibile.A noi interessa però avere non una grande corrente anodica,in questo caso,, ma una grande amplificazione per stadiocioè un grande valore del rapporto — e ricordando allora cheR_li,6 2 = R i a si ha:Kee. = £'-^—-—B -f J2,= : K A'1 +' B,1 j -Rda cui— = A -=e questo rapporto è massimo quando R è il più grande possibile.Un valore ottimo si ha quando R è dell'ordine digrandezza di R ; .Nel circuito della cellula seguiamo lo stesso ragionamento ;la tensione eccitatrice in questo caso è data dal flusso luminosodìZ, così che se chiamiamo con 8 la grandezza —~ che ci rappret&Lsenta la pendenza della caratteristica corrente-flusso luminoso,cioè quella grandezza alla quale comunemente diamo il nomedì sensibilità della cellula, la forza elettromotrice disponibileprovocante l'espulsione degli elettroni, sarà S x l e chiamandoancora con R, la resistenza interna della cellula e con Z l'impedenzaesterna sarà la corrente fotoelettrica:S x l%a ~ Ri1^4- —-Z

196 Parte seconda - Capitolo primoLa resistenza interna Ri sarà evidentemente data daIti — ^r^ cosi che potremo chiamare conduttanza della celdiad i a 1lula il valore ~z— = -=-.Esso rappresenta la pendenza della curva corrente anodica-tensioneanodica. Se indichiamo con G la conduttanza per1 di a 1lumen ossia il valore -:—=— = 7 - noi potremo scrivere :l de a l RiS x l1 + IGZed è questa la formula trovata dal Metcalf la quale si presentadel tutto analoga a quella relativa alle valvole termoioniche.Mentre in questo caso delle valvole la corrente anodicaè proporzionale alla tensione di griglia e g , nella cellula la correntefotoelettrica è proporzionale al flusso luminoso l.Si ha la massima corrente anodica, per una data sensibilitàdella cellula e per un dato flusso luminoso quando l'impedenzaesterna Z è minima. In tal caso si ha anche una maggioreproporzionalità tra la corrente fotoelettrica ed il flusso luminoso.Con un ragionamento analogo a quello seguito per la valvolatermoionica si trova però che un valore minimo di Z nonsempre corrisponde al rendimento massimo ed un valore ottimodi tale impedenza è stato precedentemente riportatoin vari casi particolari.Le applicazioni delle cellule fotoelettriche.Le applicazioni delle cellule sono numerosissime e nonpoche hanno permesso uno sviluppo impensato di alcuni ramidell'industria (film sonoro), mentre altre sono sulla sogliadi applicazioni pratiche del più grande interesse (televisione).Ma accanto a queste grandi applicazioni tutta una serie diapplicazioni minori conduce a dispositivi di grande utilità edi grande sensibilità.Le applicazioni delle cellule fotoelettriche si possono dividerenelle seguenti categorie.a) quelle in cui la cellula deve essere sensibile a va-

La cellula fotoelettrica 197riazioni piccolissime di intensità luminosa. Tra queste vannomenzionate le applicazioni seguenti:1) film sonoro (sistema Movietone o Photophone).2) telefototelegrafìa.3) interruttore automatico per l'accensione o lo spegnimentodella luce pubblica al tramontare e al levare delsole.4) televisione.b) quelle nelle quali la cellula deve funzionare quandos'interrompe un raggio di luce che la colpisce continuamenteo quando viene colpita da un raggio di luce nell'oscurità.In questa categoria possiamo annoverare:1) contatori elettrici della circolazione: tutti i passanti,tutte le vetture ecc. sono contati automaticamentequando essi intercettano un raggio di luce diretto sulla cellula.2) registrazione del passaggio di corridori al traguardonel campo di corse.3) protezione contro il furto. La cellula fotoelettricafunziona quando viene colpita da un qualsiasi raggio luminoso,anche quello di un cerino, o quando s'interrompe un raggioluminoso che la colpiva continuamente.4) ricerche scientifiche come il dosaggio chimico, nelqual caso la cellula fotoelettrica svela la minima traccia diliquido.5) come avvisatore d'incendio. Appena un po' di fumova a interrompere il raggio luminoso continuo della cellula,questa aziona un avvisatore e mette in funzionamento gli apparecchiestintori.6) controllo di oggetti che devono avere esattamentele stesse dimensioni. Con la cellula fotoelettrica si possonoimmediatamente constatare le irregolarità dell'oggetto in esameil quale intercetterà maggiore o minore quantità di lucesecondo le sue dimensioni.7) come segnale orario; una lampada proietta un raggioluminoso sulla cellula fotoelettrica attraverso un foro delquadrante. La lancetta dei secondi intercetta, ogni minuto,il raggio luminoso.8) accensione da bordo di un aeroplano, dei proiettoridi un campo di aviazione. La cellula fotoelettrica colpita dalfascio di luce lanciato dall'areoplano permette questa accensione.

198 Parte seconda - Capitolo primo9) come avvisatore nei passaggi a livello non guardati;la cellula colpita dal fascio di luce di un auto mette in azioneun segnale di allarme.10) per controllare se una caldaia a gas o a olio funzionabene o no; quando la fiamma si spegne viene dato l'allarme amezzo di una cellula fotoelettrica la quale nello stesso istantechiude la conduttura del combustibile.11) negli osservatori astronomici. Il momento in cuiuna stella passa al meridiano è registrato con grande precisionea mezzo di una cellula fotoelettrica; in tale momentola luce della stella viene proiettata con un sistema otticosulla cellula così che questo passaggio resta registrato elettricamente.12) come installazione di sicurezza nelle macchine pericolose.Le parti pericolose della macchina sono protette daun fascio di raggi diretti sulla cellula. Quando una mano oqualche oggetto intercetta questi raggi, la macchina vieneautomaticamente fermata.13) apertura automatica di porte. Questo interessai caffè, i ristoranti, dove i camerieri, avendo le mani ingombre,devono aprire ogni giorno per molte volte le stesse porte.In tutte le applicazioni di questa categoria b) la cellulaagisce su un dispositivo meccanico che prende il nome di relaisil quale è quello che dà il segnale di allarme o che permette ilfunzionamento dell'organo opportuno (servomotore).Per il funzionamento di questo relais, rappresentatonella fìg. 169, la corrente della cellula è troppo piccola e alloraessa si amplifica a mezzo di una o più valvole termoioniche.La cellula più adatta in questo caso è quella a vuoto a causadel suo funzionamento costante e del suo montaggio facileed è preferibile una cellula con grande apertura della finestra.La corrente di uscita della valvola termoionica e che va adagire sul relais è, come è noto, di qualche mÀ perciò occorreche il relais sia sensibile a una corrente così debole. Esso è deltipo telefonico costituito da una elettrocalamita a grandesensibilità che attira o rilascia un'ancoretta la quale apre ochiude il circuito di una sorgente elettrica locale che azionail servomotore.e) quelle applicazioni in cui l'intensità luminosa deveessere misurata per un tempo determinato:

La cellula fotoelettrica 1991) come fotometro per la determinazione del flussoluminoso di una lampada.2) come luxmetro per la misura dell'intensità dellaluce del giorno.3) per il controllo della quantità di carbone (nero) nelfumo uscente da un camino. Questo fumo viene continuamenteattraversato dal raggio di luce che colpisce la cellula fotoelettrica.d) misure di differenti qualità di luce (colori). Per questeapplicazioni sono importanti:1) i lavori di dosaggio delle sfumature per es. di tessuti,Fig. 169.di fili da cucire, ecc. Questi oggetti presentano debolissimedifferenze di colore; essi vengono uniformemente illuminatie la luce da essi riflessa viene diretta sulla cellula fotoelettrica(fotocolorimetro).Noi parleremo di alcune delle più importanti applicazionisopra accennate.Una prima applicazione ormai entrata nel campo praticoè quella del film sonoro. La figura 170 ci mostra come vengonoregistrati i suoni sulle moderne pellicole sonore.Questi suoni vengono trasformati in corrente elettrica dalmicrofono e questa corrente opportunamente amplificata vaa modulare la luce di una lampada al neon la quale impressionapiù o meno (secondo l'intensità dei suoni e quindi secondol'intensità della corrente corrispondente) l'emulsione sensibile

200 Parte seconda - Capitolo primodella pellicola in una striscia laterale accanto alla fotografìadel film.La fìg. 171 mostra come viene riprodotto un simile film.Esso passa con moto continuo davanti alla luce costantedi una lampadina. Questa luce passando attraverso gli stratipiù o meno trasparenti impressi lateralmente sulla pellicolae che rappresentano la fotografìa del suono trasmesso davantial microfono all'atto dell'impressione, va a colpire la cellulafotoelettrica la quale eroga una corrente corrispondente piùo meno intensa. E questa corrente che è opportunamenteamplificata, va a far agire gli altoparlanti disposti dietro loschermo. Il principio, come si vede, è abbastanza semplicema quante difficoltà prima di arrivare alla perfezione del cinemasonoro di oggi!Un'altra applicazione della cellula, della categoria a), èquella delle installazioni per l'inserzione e la disinserzione automaticadella luce stradale. Oggi, come è noto, questa manovrasi fa a mezzo di orologi i quali inseriscono o disinserisconola luce ad un'ora preventivamente fissata.Questo metodo ha naturalmente degli svantaggi perchènelle giornate nebbiose o piovose nelle quali l'oscurità vieneprima, il bisogno della luce elettrica pubblica si fa sentireprima dell'ora stabilita, mentre nelle giornate particolarmentechiare l'inserzione della luce pubblica può avvenire più tardidell'ora media stabilita dall'orologio automatico.Occorre quindi mettere a posto questi orologi col tempo,e in ogni caso con le stagioni per tenere conto appunto di

La cellula fotoelettrica 201

202 Parte seconda - Capitolo primoquesta- diversa ora in cui deve avvenire l'accensione e lo spegnimentodella luce pubblica.A mezzo della cellula fotoelettrica si può costruire un apparecchioil quale può agire come relais per l'accensione o loFig. 172.spegnimento quando la luce ha raggiunto un certo valore limitestabilito.Le figg. 172 e 173 mostrano appunto uno di questi interruttoriautomatici completi. La fig. 174 mostra lo schema propostodal Grasser per questo apparecchio.Ma l'applicazione che più attira l'attenzione del dilettante

La cellula fotoelettrica 203è quella riguardante la televisione, applicazione che rientraanch'essa nella categoria a).Vediamo anzitutto come si possano, mediante una cellulafotoelettrica, generare dei suoni. La fìg. 175 mostra un discoforato attraverso i fori del quale la luce di una lampada elettrica va a colpire la cellula fotoelettrica.Il raggio di luce di questa lampada viene periodicamenteinterrotto quando il disco gira intorno al suo asse e questainterruzione è più o meno rapida secondo che il disco gira piùo meno rapidamente. Se i fori del disco sono 50 per es. e il

204 Parte seconda - Capitolo primodisco compie un giro al secondo, il raggio di luce viene interrotto50 volte al secondo ed allora la cellula produce variazionidi corrente per 50 volte al secondo e quindi in un altoparlanteCellula fotoelettricaPHii /PS SS/OSc/> ermo, metalli co-i 220Z i +Fig. 174.inserito nel circuito della cellula si produrrà un suono corrispondentea questa frequenza, quindi un suono basso. Ruotandoil disco più velocemente, per es. con due giri al secondo,l'interruzione viene raddoppiata e così anche l'altezza del suononell'altoparlante. Ruotando il disco più lentamente il suononell'altoparlante diventa sempre più basso fino a giungere alFig. 175.limite dell'udibilità. Lo schema di un apparecchio simile chesi potrebbe chiamare generatore di toni è rappresentato completamentenella fig. 176.

La cellula fotoelettrica 205La corrente della cellula fotoelettrica viene amplificatada una valvola e poi da un normale amplificatore di bassafrequenza che fa capo a un altoparlante.Disco rotantefili 'Amplifica -•torediB F.Il disco rotante può essere centrato per es. sull'asse di unventilatore e le variazioni di velocità si possono ottenere agendomediante una leva su un freno a frizione sul disco.La lampada deve venire completamente racchiusa in unoschermo metallico lasciando solo una finestra libera in corrispondenzadei fori del disco. Anche la cellula è bene sia completamenteschermata con libera la sola apertura rivolta versoi fori del disco. In questo modo si evita che nella cellula vadanoraggi di luce diversi da quelli che vi deve proiettare la lampada.Questa disposizione fondamentale è in fondo quella che siadopera oggi nei sistemi per la trasmissione di poche immaginicome nella televisione e nel telecinema.La differenza consiste nel fatto che nellatelevisione il disco rotante non ha i foridisposti su una circonferenza di raggiodeterminato, ma li ha disposti su unacurva a spirale di una sola spira (figura177).Il disco rotante in tal caso prendeil nome di disco di Mpkow..Fig. 177.Con questa disposizione si ottieneche l'immagine che arriva attraverso un intaglio rettangolaresul disco e quindi sulla cellula che viene dietro, può venirescomposta durante un giro del disco stesso in tutti i suoi

206 Parte seconda - Capitolo primopunti, cioè ad ogni foro del disco corrisponde un punto dell'immagine.La larghezza dell'immagine deve essere eguale alla distanzadei punti segnati in nero nella fìg 177.Quando la velocità di rotazione del disco è abbastanzagrande, per la persistenza delle immagini sulla retina, un osservatorenon vedrà più i successivi punti dell'immagine mal'immagine completa.Per questa ragione le cellule fotoelettriche hanno un'importanzacapitale in tutti i problemi che si riferiscono alla televisione.Illustriamo ora qualche applicazione della categoria b).Consideriamo per es. una cellula fotoelettrica colpita continuamenteda un raggio di luce e quindi capace di produrreuna corrente elettrica la quale a mezzo dell'ormai noto « relais »può per es. bloccare una suoneria elettrica. Quando noi interrompiamoquesto raggio di lucela corrente elettrica della cellulaviene a cessare e la suoneria, nonpiù bloccata, prende a suonare.Ecco un sistema ingegnoso ed ultramoderno per avere un segnaled'allarme e quindi proteggere cas-Fi g- 178 -seforti, cassette di sicurezza, recintidi prigionieri, ecc., ecc.La fìg 178 mostra come si può proteggere una cassaforte.In T si trova una lampada che trasmette un raggio diluce il quale dagli specchi M, JV ed 8 viene riflesso nell'apparecchioB che contiene la cellula fotoelettrica.Quando una persona avvicinandosi alla cassaforte interrompequesto raggio di luce, cessa la corrente della cellula edil segnale d'allarme, che può essere posto presso il custode,agisce.È ovvio aggiungere che la corrente della cellula è dell'ordinedi qualche milionesimo di A e quindi non potrebbedirettamente agire su alcun « relais ». La valvola termoionicapermette di costituire un amplificatore adatto per portare lacorrente fotoelettrica al valore sufficiente per gli usi pratici.Le fi.gg. 179, 180 e 181 mostrano dispositivi analoghi per la protezionedelle cassette di sicurezza di una banca (fìg. 179), del

La cellula fotoelettrica 207Fig. 179.recinto di una polveriera (fìg. 180), e di un corridoio (fìg. 181).Il raggio luminoso può venire riflesso in molti casi dalle stesseFig. 180.

208 Parte seconda - Capitolo primodecorazioni metalliche dei mobili o da specchietti nascostinegli angoli della stanza.La fìg. 182 mostra come si può comandare automaticamentelo scatto di una macchina fotografica per segnalareil passaggio al traguardo dei cavalli su un campo di corse.Appena un ostacolo (cavallo in corsa, corridore, ecc.) interrompei raggi luminosi trasmessi da una lampada attraversoil campo e rimandati da specchi disposti all'altra estremitàsu una cellula fotoelettrica, ossia appena il vincitore tagliail traguardo, viene a cessare la corrente nell'amplificatoredella cellula e si viene a chiudere il contatto ab riportatonella fìg. 183, con conseguente funzionamento dello scattoautomatico della macchina fotografica A.Può essere previsto anche un apposito apparecchio diregistrazione ad ogni passaggio di corridore. Poiché un sistemasimile deve funzionare in pieno giorno la cellula fotoelettrica

La cellula fotoelettrica 209Fig. 182.potrebbe venire influenzata dai raggi di luce esterna oltreche da quello della lampada trasmittente, perciò è preferi-Fig. 183.

210 Parte seconda - Capitolo primobile modulare questo raggio trasmittente a frequenza musicale.Nella parte superiore della fig. 183 è perciò riportato undisco forato il quale interrompe il raggio di luce della lampadaad arco di tungsteno disposta nel fuoco di un obbiettivo a grandedistanza focale. Il fascio di luce che esce da questo obbiettivoè perciò sensibilmente orizzontale, attraversa la pista,è rimandato dagli specchi disposti all'altra estremità e ritornaattraverso l'obbiettivo ricevente a colpire la cellula dispostanel fuoco di quest'ultimo; la luce trasmittente così modulataa frequenza musicale si differenzia dalla luce continua che puòprovenire dall'esterno.Quando vi è un'illuminazione parassita troppo intensa,come per es. per funzionamento in pieno sole, con questo sistemasi può attraversare una pista abbastanza larga anchedi diverse centinaia di metri.Tra le applicazioni della categoria e) accenneremo all'usodella cellula fotoelettrica come fotometro cioè nella misuradell'intensità luminosa comparando l'eguaglianza di due flussiluminosi.Questo paragone fatto normalmente dall'occhio umanova soggetto a tutte le imperfezioni dell'occhio e diventa inoltreun apprezzamento del tutto personale. Sostituendo all'occhiola cellula, il paragone si può fare con grande precisione.Per fare il paragone tra una lampada di cui si vuole misurarel'intensità luminosa e una lampada campione, basta disporrela cellula, nelle stesse condizioni, dinanzi all'una e all'altralampada e misurare le correnti fotoelettriche amplificate.Lo schema di fig. 184 è quello utilizzato nell'ElectricalTesting Laboratory di New-York.Con un tale metodo non si commette un errore superioreall'I % ed anche è possibile ottenere misure con approssimazionedel 0,5% per lampade comprese tra pochi watt e 1000watt.Lo specchio rotante JOP invia successivamente sullacellula fotoelettrica la luce proveniente dalla lampada campioneo dalla lampada di cui si vuole misurare l'intensità. La correntedella cellula viene amplificata da una valvola termoionica eattraverso il trasformatore PS e l'interruttore C rotante solidalmentecon lo specchio MM Ì va a influenzare il galvanometro

La cellula fotoelettrica 211G. Se i due flussi sono eguali il galvanometro segneràzero.Tra le applicazioni della categoria d) vanno annoveratele ricerche sui liquidi. Così per es. il grado di densità del lattesi può osservare con la cellula fotoelettrica mediante l'aggiuntadi un opportuno reagente poiché la cellula presenta una diversasensibilità per i diversi colori.Allo stesso modo è possibile la prova di densità degli oliiosservandoli in trasparenza con l'ausilio di una cellula fotoelettrica.Altre misure possibili con la cellula sono quelle del coniLampada, campioneFig. 184.trollo della temperatura degli acciai fluidi. E noto come il controllodi queste temperature si faccia con l'osservazione delcolore del metallo in fusione paragonandolo con dei vetri normali.Questo avviene nei noti pirometri nei quali si paragonanodei vetri diversamente colorati e già tarati con gli acciai adalta temperatura.Indicatissimo è pertanto l'uso della cellula fotoelettricanelle fonderie, nelle acciaierie, ecc.La cellula fotoelettrica permette di distinguere dei coloriestremamente vicini e quindi essa trova un utile impiegonelle fabbriche di tessuti e nelle fabbriche di carta dove il coloredel prodotto ha notevole importanza.Eicordiamo che quando si dice che un corpo ha un certocolore, si vuole intendere che mentre questo corpo è illuminato

212 Parte seconda - Capitolo primocon luce bianca (somma di tutti i colori) esso ne rimanda all'occhiodell'osservatore soltanto una parte e precisamente quellache corrisponde al « colore » del corpo stesso. Un oggetto sidice quindi « bianco » quando tutte le radiazioni della luceincidente che lo illuminano sono diffuse o riflesse senza alcunaperdita. L'oggetto apparirà « grigio neutro » quando ladispersione è identica per tutte le radiazioni. Esso sarà neroquando tutta la luce incidente verrà assorbita, mentre appariràper es. rosso quando verrà riflessa o diffusa soltanto laradiazione relativa a tale colore dello spettro.Fig. 185.Ora nell'industria dei tessuti si cerca di creare sempredelle nuove sfumature di colori per adattarli alla moda; è alloranecessario analizzare rapidamente il colore di un campioneo comparare i colori di due campioni. Per tale misura l'occhionon è certo il più indicato ed in ogni caso il suo apprezzamentovaria da persona a persona. Eende invece un utilissimoservigio la cellula fotoelettrica : si fa cadere la luce di una lampadaelettrica obliquamente sulla superficie del campione(di stoffa o di carta) e si fa attraversare la luce riflessa attraversoun filtro colorato (questi filtri possono essere costituitida tanti vetri trasparenti colorati nei colori dello spettro,violetto, bleu giallo, arancio, rosso) (fig. 185). Questa luce che

La cellula fotoelettrica 213ha attraversato lo schermo colorato va a colpire una cellulafotoelettrica la quale produce così una corrente elettrica che èfunzione della qualità e della quantità di questa luce.Due campioni identici daranno quindi nella cellula lostesso effetto e quindi la stessa corrente facilmente misurabile.Un apparecchio così costruito prende il nome di fotocolorimetroed è già praticamente applicato in diverse fabbrichedi tessuti e di carta.La fìg. 185 mostra lo schema di funzionamento: la luceemessa da una lampada elettrica L viene condotta obliquamentesulla superfìcie a b del campione da esaminare.Si interpongono successivamente i diversi filtri coloratie la luce rinviata verso l'alto dalla superficie dell'oggetto inesame, va a colpire lo cellula fotoelettrica la cui correntefotoelettrica è misurata dal galvanometro G.Per fare l'analisi di un campione lo si compara ad uncampione scelto come tipo del relativo colore (come tipodi bianco si considera una piccola placchetta di magnesia,ecc.).Per molte analisi chimiche ha grande importanza la dederminazionedell'inizio di reazioni producenti cambiamentidi colore o precipitati. Tale determinazione per poter esserefatta a occhio richiede una pratica considerevole ed alcunevolte è assai incerta. Facendo uso invece di una cellula fotoelettrica,illuminata da un raggio passante attraverso la soluzione,l'inizio della reazione può essere segnalato colla maggioreesattezza ed indicato dallo squillar di una suoneria oppureregistrato da una punta scrivente.Tra le applicazioni varie cui si prestano le cellule fotoelettrichene riportiamo due di particolare interesse.In diverse esposizioni europee la Philips ha attirato l'attenzionedei curiosi col suo « cane radioelettrico » col qualeha permesso di rendersi perfettamente conto del funzionamentodelle cellule fotoelettriche.Molti tuttavia si saranno domandati come possono benfunzionare gli « organi » di questo animale così ingegnosamentecostruito. È per costoro che noi sottomettiamo il cane a unesame anatomico.La figura 186 ci mostra il cane privato della sua pelle.Gli occhi, chiusi da due cellule, appaiono, chiaramente Si possonopoi distinguere le valvole arnplificatrici, i relais, un accu-

214 Parte seconda - Capitolo primomolatore,, delle batterie e diversi apparecchi elettrici di cuivedremo più avanti il funzionamento.Nella resistenza RI (figura 187) ha luogo una caduta ditensione dipendente dall'intensità della corrente provenientedalla cellula. Poiché RI fa parte del circuito di griglia dellavalvola amplifìcatrice seguente, questa caduta di tensioneè nello stesso tempo la tensione di comando della valvola amplifìcatricecosì che la corrente anodica della valvola varia nellastessa misura della corrente che attraversa la cellula.La figura 188 mostra lo stadio seguente. Per semplificarela dimostrazione supponiamo che il relais I sia direttamenteconnesso al polo positivo della sorgente di tensione anodica.Un relais è, come sappiamo, l'apparecchio che rende pos-

La cellula fotoelettrica 215sibile, con una potenza minima, la chiusura di un circuito peruna più grande potenza. Esso si compone di un'elettrocalamitae di un'armatura mobileche è attirata stabilendo0 sopprimendo così uncontatto quando l'elettrocalamitaè eccitata da unacorrente elettrica.Nel cane-radio quandosi illumina la cellula,passerà attraverso il relaisI la corrente anodica dellavalvola amplifìcatrice chefa in modo che l'armaturaFig. is;-4 -120O-t-4G+120AI venga attrattacontro il contatto C influenzando sua volta il relais IV, ciòche ha per risultato chel'armatura A IV è sollevatacontro il contatto I)mettendo così il motoreMI in circuito.L'altro occhio puòazionare esattamente nellostesso modo il secondomotore; avverrà che i duel.ss.motori si metteranno inmovimento e che l'animaleandrà diritto se si rischiarano simultaneamente i due occhi.I due motori sono deltutto io dipendenti uno -44/5dall'altro così che rischiarandosiuna cellula, unosolo dei motori funzioneràe il quadrupede si metteràa girare.Il cane-radio può ancheabbaiare. La fìg 189mostra il montaggio cheA4f5\-rende possibile ciò. Lacorrente anodica delle dueFig. 189.valvole amplificataci attraversa il relais III montato in

216 Parte seconda - Capitolo primoserie col dispositivo di alimentazione dell'anodo delle duevalvole amplificatrici. La resistenza regolabile E4 è montatain parallelo sull'avvolgimento per poterne regolare la sensibilità.Questa resistenza è disposta in modo tale che il relaisnon funziona che quando le due valvole danno la loro correntedi saturazione, ciò che si produce quando le due cellule sonofortemente illuminate.L'armatura A III è allora attirata eccitando così il relaisA [+Fig. 190.120V 4I2V \pjtfRs? VELSSPCLAX$NSP~VI. L'armatura A VI essendo sollevata interrompe l'alimentazionedei due motori a mezzo del contatto F e il cane restaimmobile; quando l'armatura A FI è in contatto con G ilclaxon si mette in azione.Nel circuito del claxon si è disposto inoltre un interruttoreche fa in modo che il cane non abbai continuamente ma soltantoad intervalli. La figura 190 rappresenta lo schema ditutto il meccanismo di questo bizzarro animale.Un'altra applicazione tanto interessante quanto utile èquella della luce cantante dovuta alla stessa fabbrica olandese.La figura 191 mostra l'installazione completa ricevente

Vig. 191.

218 Parte seconda - Capitolo primoe trasmittente per telefonare a mezzo della luce. Lo specchiodi sinistra è quello che serve per la trasmissione, quello di destrainvece per la ricezione del raggio luminoso.Fig. 192.Il principio di funzionamento è il seguente: si sovrarjponela debole corrente modulata proveniente da un microfono oda un pick-up alla piccola corrente di alimentazione di unalampada tascabile da 4 V, così che l'intensità luminosa diquesta lampada viene ad essere modificata.

La cellula fotoelettrica 219La luce concentrata nel posto trasmittente da uno specchioparabolico va a colpire lo specchio piatto del posto riceventeed è allora rinviata verso il basso ad angolo retto su uncondensatore ottico ; da questo condensatore il fascio luminosoviene inviato su una cellula fotoelettricache trasforma le variazionid'intensità luminosa in debolicorrenti elettriche. Sono questecorrenti che vengono riprodottedal ricevitore telefonico o,dopo essere amplificate, da unaltoparlante. Poiché i due postisono muniti tanto di un dispositivo trasmittente che di undispositivo ricevente, si può in questa maniera scambiareuna conversazione con degli apparecchi telefonici normali.Il meccanismo del selettore dei due telefoni è connessoin maniera tale che si possa suonare dai due posti girando idischi.La fìg. 192 mostra l'interno dell'apparecchio riceventetrasmittente:A è un amplificatore fonografico, B un alimentatoredi placca, C l'amplificatore della cellula, D un accumulatorel'iti. 194.da 4 V, E il condensatore ottico di raccolta del fascio luminoso,F una lente di correzione.La figura 193 mostra lo schema elettrico della lampada•che trasmette il fascio luminoso.

220 Parte seconda - Capitolo primoLa figura 194 mostra l'insieme dell'installazione con l'andamentodei raggi luminosi trasmessi e ricevuti.La figura 195 indica come viene effettuata la trasmissione :M è il microfono trasmittente mentre T è il telefonoricevente, A x è l'amplificatore microfonico, E x lo specchioparabolico trasmittente, R 2 lo specchio piano ricevente, C lacellula fotoelettrica, A 2 l'amplificatore delle correnti fotoelettriche.Da questa illustrazione appare chiarissimo il funzionamento:la luce della lampadina L viene modulata da correnti microfonichetrasmesse attraverso il microfono M e l'amplificatoreAj.Fig. 195.Questi raggi luminosi raccolti dallo specchio B 2 vengonocondensati dal sistema ottico sulla cellula fotoelettrica C dadove amplificati da A 2 vanno a riprodurre nella membranadel telefono T oscillazioni analoghe a quelle che avevano impressionatola membrana del microfono M.Oltre alla parola si può, a mezzo di un pick-up, trasmetteredella musica registrata sui dischi. È quasi impossibiledistinguere la musica emessa dai raggi luminosi dalla miglioremusica elettrica.Si controlla subito che la musica è trasmessa dalla luceperchè intercettando i raggi luminosi la musica si arresta immediatamente.Questa esperienza dà dei risultati eccellenti e ci fa pensarea tutte le applicazioni che potrebbe avere in pratica questoprincipio.

PARTE TERZA.LA LAMPADA A LUMINESCENZACATODICA

CAPITOLO I.La lampada al neonAbbiamo già visto che questa lampada, nota anche sottoil nome di lampada al nèon o « veilleuse » o « glimm » utilizzail fenomeno della luminescenza.Essa si presenta con gli elettrodi sotto forma diversa aseconda degli scopi cui è destinata: questi hanno la formadi due spirali incastrate nella lampada da notte o « veilleuse »o di una croce nelle lampade votive ecc.Nella lampada per televisione gli elettrodi hanno l'unola forma di una placca rettangolare di dimensioni 4x5 crn.circa e l'altro è un rettangolo unifilare disposto a breve distanza.Inserita questa lampada sulla corrente alternata, i dueelettrodi si ricoprono di una luce rossa; sulla corrente continuasi ricopre di luce il solo catodo. La luce di una tale lampadaè dunque la luce della regione luminescente negativa del neonil cui spettro è discontinuo, costituito di righe. In questo spettrodominano le righe rosse e gialle del neon (si trova qualcheriga nel bleu e nel verde, ma appartenenti all'elio e la cui intensitànon ha influenza sulla tinta della luce. La presenza di questetracce di elio è dovuta al fatto che il neon ottenuto dall'ariaatmosferica non è mai perfettamente puro).Nella lampada per televisione la placca deve essere semprel'elettrodo negativo (catodo) poiché è sulla sua superfìcie chedeve formarsi la luminescenza.Il rettangolo unifilare è l'elettrodo positivo (anodo).

224 Parte terza - Capitolo primoLa lampada a luminescenza catodica è dunque riempitadi neon alla pressione di 1 a 2 cm. Nel suo zoccolo si trova unaresistenza, necessaria per il buon funzionamento.Le proprietà caratteristiche di questa lampada sono evidentementediverse da quelle di una lampada ad incandescenza.Se si diminuisce l'intensità di corrente che attraversa ilfilamento di una lampada ad incandescenza, questo diventeràsempre più rosso oscuro e l'intensità luminosa diminuirà rapidamente;continuando a diminuire la corrente arriva unmomento in cui il rilamento acquistauna temperatura inferiorea quella che dà un irradiamentovisibile. Nella lampada aluminescenza catodica il fenomenoè ben diverso.Se si diminuisce l'intensitàdella corrente di questa lampada,la produzione di luce persiste,essa diventa più piccolasolo per il fatto che con unacorrente più debole una partepiù piccola degli elettrodi sicopre di luminescenza. Più sidiminuisce l'intensità e più piccoladiventa la parte di eletiois ?c i$mh trodo coperta di chiarore, maiig. i9o. fino a quando la corrente esistelalampadaresterà luminescente.La figura 196 dà le caratteristiche di questa lampada aluminescenza catodica cioè l'andamento della tensione in funzionedella intensità per una lampada per corrente continua.La curva inferiore A dà le caratteristiche della lampadasenza la resistenza di cui abbiamo parlato precedentemente.Questa linea è per un certo tratto quasi orizzontale; per delleintensità più grandi cresce un po'. Essa è dunque una caratteristicamolto debolmente positiva. Ne risulta che una lampadasimile non può più essere direttamente connessa allarete, perchè un piccolo aumento della tensione porterebbeun troppo grande aumento della intensità che sovraccaricherebbela lampada e potrebbe anche distruggerla.

La lampada al neon 225Se al contrario determiniamo le caratteristiche della lampadanel caso in cni la resistenza è inserita nel circuito, otteniamola curva B. Si vede dnnqne che lo scopo di questaresistenza « shunt » è quella di dare alla caratteristica unaforma positiva che rende possibile l'applicazione della lampadacon la corrente delle reti ordinarie.Ancora dne punti occorre chiarire parlando delle lampadaa luminescenza catodica, e cioè:1) Da quali fattori è influenzata la scelta del gas cheriempie la lampada*?2) Quale è l'influenza del materiale degli elettrodi?Scelta del gas.Il gas deve essere scelto tenendo presenti le seguenti considerazioni:a) che si possa produrre e mantenere la scaricadella lampada con tensioni non superiori a quelle della correntedelle reti normali; b) che le righe del gas nello spettro sianoin maggioranza nella parte buona dello spettro visibile. Se siriempie per esempio l'ampolla di questa lampada a luminescenzacatodica di aria, o di ossigeno, o di idrogeno, o ancora dialtri gas, a 220 volt non si avrà alcuna traccia di scarica ed occorreràuna tensione di molto superiore per far funzionarela lampada stessa. Occorre dunque usare un gas che dia unascarica con tensione la più piccola possibile. E siccome la scaricain un gas dipende dalla « jonizzazione » di esso, cioèdalla decomposizione di ogni suo atomo in un elettrone edun ione positivo, si può anche dire che occorre scegliere un gasper il quale la ionizzazione si produce con un voltaggio ilpiù piccolo possibile.Abbiamo già visto nella prima parte di questo volumeche il potenziale di ionizzazione del nèon è di 22 volt, quellodell'elio di 25 volt, quello dell'argon di 16 volt ecc.Se nella categoria dei gas monoatomici, per la lampadaa luminescenza si è scelto il Nèon a preferenza dell'Argon,che si ottiene più facilmente, ciò è dovuto al fatto che avendoper scopo l'emissione di luce, le righe spettrali del IsTéon sitrovano in maggioranza nella parte buona dello spettro, mentrenon vi si trovano quelle dell'Argon che perciò ha un rendimentoluminoso più debole. Tuttavia nella fabbricazione diLe ampolle elettroniche. —• 15.

226 Parte terza • Capitolo primocerte lampade per es. delle valvole raddrizzatrici, si introduceanche l'argon. Si trova per esempio che agiungendo una debolepercentuale di Argon al riempimento di Nèon, la lampadafunziona su una tensione molto più bassa che con Neon solamente.Ciò è dovuto probabilmente al valore più debole del potenzialedi ionizzazione dell'Argon.Materiale degli elettrodi.Non solamente con una giusta scelta del gas dell'ampolla,ma anche con una giudiziosa scelta del materiale degli elettrodi,XJarticolarmente del catodo, si riesce a fare produrre la scaricanel tubo con tensioni relativamente deboli. Si trova peresempio che se gli elettrodi sono costituiti interamente o parzialmentedi magnesio, la lampada può funzionare con tensiosioneassai più debole di quando gli elettrodi sono in ferro.Per comprendere l'importanza del materiale degli elettrodi,dobbiamo ricordarci ciò che succede in una lampada a luminescenzadurante la scarica.Gli elettroni e gli ioni positivi che si trovano in un gasionizzato, si muovono sotto l'influenza della tensione applicatain direzioni opposte: gli elettroni si dirigono verso l'anodomentre gli ioni positivi si trasportano sul catodo che è negativoe qui essi vengono neutralizzati. Ma prima che questaneutralizzazione avvenga, gli ioni positivi possono colleloro collisioni contro il catodo estrarre degli elettroni a questoelettrodo, i quali a loro volta si dirigono verso l'anodo e potranno,nel loro percorso, dar luogo ad altri ioni positivi.Questo fenomeno, che mantiene la scarica, ha ancheimportanza nella produzione di essa. Si comprende così comenella produzione della scarica il materiale del catodo abbiala sua importanza poiché gli ioni positivi rendono liberi deglielettroni del catodo e ciò avverrà tanto più, quanto più facilmenteil catodo abbandonerà i suoi elettroni o, per esprimercipiù esattamente, quanto più piccola è l'energia necessariaper asportare un elettrone al catodo. Questi fenomenisono stati studiati profondamente dal Richardson ed oggi siconosce per molti metalli l'energia che deve possedere un elettroneperchè esso possa sfuggire dal metallo stesso, energia

La lampada al neon 227che a pag. 17 abbiamo chiamato affinità elettronica la qualevaria da 4,52 per il tungsteno a 2,7 per il magnesio.È per questa ragione che, quando la lampada a luminescenzaha lo scopo di produzione di luce con tensione relativamentebassa, si dispongono alle estremità degli elettrodidelle piccole placche di magnesio.Nella lampada per televisione gli elettrodi sono di nichelgeneralmente ed il catodo è ricoperto di uno strato isolantesulla superficie posteriore in modo da limitare la formazionedella luminescenza su una faccia sola della placca.Questa placca deve essere sempre interamente ricopertadi luce e ciò è possibile con una corrente di almeno 4 mÀmp.La corrente normale deve essere di circa 20 mAmp in modoche l'ampiezza massima delle oscillazioni di corrente risultidi 20 — 4 = 16 mAmp. Durante il funzionamento l'intensitàdella corrente che attraversa la lampada varia perciò da 4 a36 mAmp.La lampada per televisione.La lampada al Nèon, come relais in televisione è in forteconcorrenza con la cellula di Kerr la quale dal punto di vistadell'inerzia e della luminosità si può considerare come un relaisquasi ideale; essa ha però bisogno di un'ottica complicatamentre l'ottica semplicissima necessaria per la lampada alNeon costituisce il principale vantaggio di questa. Un altrovantaggio della lampada al Nèon è la bassa tensione alternatanecessaria per farla funzionare. Gli svantaggi che presentala lampada al Nèon sono, oltre che alla ridotta luminosità,che per altro ha poca importanza almeno nei televisori perfamiglie, sono dovuti al fatto che essa non può essere consideratacome un relais assolutamente privo d'inerzia. Nellericerche fatte finora è stato infatti dimostrato che la lampadaal Nèon può seguire facilmente oscillazioni della corrente alternatastraordinariamente rapide, fino alla frequenza di 10.000cicli (quindi praticamente soddisfacente per le variazioni luminosenegli attuali televisori), ma alcune esperienze hannodimostrato che la lampada non funziona così bene per frequenzepiù elevate e ciò per diverse cause e principalmenteper l'apparizione dell'« isteresi » dovuta alla scarica luminescente.

228 Parte terza - Capitolo primoSe alla corrente continua clie attraversa una lampadaal Nèon si sovrappone una corrente alternata e si conduconoalle placche devianti di un tubo di Braun da una parte latensione del tratto di luminescenza e dall'altra una tensioneproporzionale alla corrente nel tratto di luminescenza, allorail punto luminoso descrive sopra lo schermo fluorescenteuna curva che è la caratteristica dinamica della lampada alNeon.Si ricava da questa caratteristica che non esiste più unarelazione semplice tra la corrente e la tensione nel trattodella scarica luminescente come ci dice la caratteristica statica?ma la tensione che ha una determinata corrente nel trattodella scarica luminescente dipende soltanto dalla correnteche è passata prima. Cioè questa tensione è più piccola se primaè passata una corrente più grande è viceversa. Questo sfasamentotra la tensione alternata applicata e la corrente continuaprodotta (dovuta a fenomeni che avvengono nel trattodella scarica, come sviluppo di calore, ionizzazione, ecc.) èindice che la scarica luminescente conserva un'inerzia che larende inadatta alla trasformazione di oscillazioni di tensionetroppo rapide in corrispondenti oscillazioni di luce.D'altra parte lo sviluppo della televisione è basato propriosull'aumento della frequenza luminosa cioè sull'aumentodelle variazioni d'intensità luminosa da parte del relaisusato.Se si prende, come misura per le oscillazioni di luce derivanti,la grandezza delle oscillazioni di corrente che le producono,si può studiare il comportamento della lampada alNèon osservando la sua resistenza per corrente alternata.Questa resistenza di corrente alternata è, riferendoci alla caratteristicastatica della figura 197 ( x ) data da:d eRait — ~jp = tang. y.ed è bene distinguere questa dalla resistenza per correntecontinua:_ e 0Rcont = ~T ~ tan &' P( x ) Tratta da uno studio dell'ing. Kinchstein.

La lampada al neon 229A tensioneReni- _$i. - fco /5v correreEig. 197.La resistenza per corrente alternata ha teoricamente lostesso significato della pendenza della caratteristica staticakaitlooo..20oo-iooo-10 20 30 VOFig. 198.^COTCn.t"e oLcri(3oio

230 Parte terza • Capìtolo primonel punto considerato. Segue da ciò che l'apparizione della« isteresi » di cui abbiamo già parlato, non si può ricavaresemplicemente mediante costruzione grafica dellacaratteristica statica, ma deve essere misurata direttamenteper ogui frequenza e per ogni tensione alternata di alimentazione.In realtà si dimostra che la resistenza per corrente alternataper ampiezze non troppo grandi della corrente alternata,è indipendente dall'ampiezza di questa corrente.Eisulta inoltre che la resistenza per corrente alternatadipende fortemente dalla grandezza della corrente di riposo i 0(ved. figura 198).Se noi troviamo i valori della resistenza per corrente alternatain funzione di varie frequenze, molto elevate, fino a100,000 cicli, notiamo sempre un forte aumento della resistenzadi corrente alternata con l'aumentare della frequenza della tensionealternata applicata.Connessioni.Un circuito nel quale la lampada può essere adoperataè riprodotto nella figura 199. L'ultima valvola amplificatricepuò essere una valvola della potenza di uscita di 2 a 3 watt.Nel circuito anodico di questa valvola si trova inserito unabobina di « Choc » (si può anche adottare una resistenza).Ai capi di questa bobina hanno origine le variazioni di tensione.Questa bobina deve essere costruita in modo che contensioni di griglia di uguale ampiezza (per tutte le frequenzeda 50 a 10,000) le stesse tensioni si producono ai suoicapi.V a è la tensione anodica della valvola finale, mentre Vè la tensione della lampada di televisione la quale deve esseredell'ordine di 280 - 350 V, mentre la corrente che l'attraversaresta limitata da una resistenza E di circa 1000 ohm. Questaresistenza ha lo stesso scopo della resistenza stabilizzatricedisposta nello zoccolo delle lampade « veilleuse ». La cadutadi tensione della lampada di televisione è allora di circa 260V e la corrente di circa 20 m/Amp. Le batterie V a e V devonodi preferenza essere connesse come nella fìg. 199. In questocaso la caduta di tensione nella bobina di « Choc », S ha lastessa direzione della tensione della batteria V in modo che

La lampada al neon 231queste due tensioni si sommano. Una tensione continua di20 V potrà per es. esistere ai capi di S. Per la batteria V sipossono adoperare benissimo due alimentatori di placca collampadaalneon-fFig. 199.£410 E408legati in serie. Un secondo schema di connessione è riprodottonella figura 200. In questo caso la lampada ricevente ditelevisione è inserita direttamente nel circuito anodico dell'ulfampadaal neon+% +Fig. 200.tima valvola. La batteria V deve avere in questo caso unatensione uguale alla somma della tensione anodica della valvolafinale e della caduta di tensione nella valvola di televisione.Per una valvola Philips E 408 per es. la cui tensione

232 Parte terza • Capitolo primoanodica è di 400 V, si ha:V = 400 V + 260 V = 660 V.Poiché in questo caso la valvola serve già come resistenzalimitatrice di corrente, la resistenza R può esseremolto più piccola, oppure può essere soppressa. La correnteanodica, come pure la corrente che attraversa la lampadadi televisione, devono ancora essere di circa 20 m/Amp. Loschema di connessione della fìg\ 200 ha lo svantaggio che regolandola corrente continua che attraversa la lampada ditelevisione a un valore differente, la corrente che attraversal'ultima valvola di amplificazione cambia ugualmente.

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