Audion

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Un audión  es un tubo de vacío amplificador o detector electrónico [1] inventado por el ingeniero eléctrico estadounidense Lee de Forest en 1906 [2] . Fue el primer triodo [3] , que constaba de un tubo de vidrio al vacío que contenía tres electrodos : un filamento calentado , una rejilla y una placa . Fue el primer dispositivo electrónico ampliamente utilizado en tener amplificación ; una pequeña señal eléctrica aplicada a la rejilla podría controlar una gran corriente que fluye desde el filamento hasta la placa.

El triodo de audión original tenía más gas residual en el tubo que las versiones posteriores y los tubos de vacío ; el gas residual adicional limitó el rango dinámico y le dio al audión características no lineales y eficiencia variable [4] . Originalmente desarrollado como un detector de radio [5] mediante la adición de un electrodo de malla a una válvula Fleming , tuvo poca utilidad hasta que varios investigadores reconocieron su poder amplificador en 1912. Luego se utilizó para crear los primeros receptores de radio y generadores electrónicos [6] . Numerosas aplicaciones prácticas de amplificación motivaron su rápido desarrollo, y el audion original fue reemplazado a los pocos años por versiones mejoradas con aspirador más limpio [7] .

Historia

Desde mediados del siglo XIX se sabía que la combustión de gas tenía conductividad eléctrica , y los primeros experimentadores inalámbricos notaron que esta conductividad se veía afectada por la presencia de ondas de radio . De Forest descubrió que un gas en un vacío parcial , calentado por una bombilla incandescente común , se comportaba de la misma manera, y que si se enrollaba un cable alrededor de una caja de vidrio, el dispositivo podía servir como detector de señales de radio. En su diseño original, se selló una pequeña placa de metal en el cuerpo de la lámpara, que se conectó a la terminal positiva de una batería de 22 voltios a través de un par de auriculares , la terminal negativa se conectó a un lado del filamento de la lámpara. Cuando las señales inalámbricas se aplicaron a un cable enrollado alrededor del exterior del vidrio, causaron perturbaciones en la corriente que producía sonidos en los auriculares.

Este fue un avance significativo ya que los sistemas inalámbricos comerciales existentes estaban en gran parte protegidos por patentes ; un nuevo tipo de detector permitiría a De Forest comercializar su propio sistema. Eventualmente descubrió que conectar el circuito de la antena a un tercer electrodo ubicado directamente en la ruta de la corriente aumentaba en gran medida la sensibilidad; en sus primeras versiones, era solo un trozo de alambre doblado en forma de celosía.

El Audion proporcionó el aumento de potencia; con otros detectores, toda la energía para operar los auriculares tenía que provenir del propio circuito de la antena. En consecuencia, los transmisores débiles podrían escucharse a largas distancias.

Patentes y disputas

De Forest y otros ingenieros en ese momento subestimaron en gran medida el potencial de su dispositivo original, creyendo que se limitaría principalmente a aplicaciones militares. En particular, aparentemente nunca vio su potencial como amplificador repetidor telefónico , aunque los amplificadores electromecánicos crudos han sido la ruina de la industria telefónica durante al menos dos décadas.

De Forest recibió una patente para su primera versión de dos electrodos del Audion el 13 de noviembre de 1906 ( Patente de EE. UU. 841,386 ) y la versión "triodo" (tres electrodos) fue patentada en 1908 ( Patente de EE. UU. 879,532 ). De Forest continuó afirmando que desarrolló el audión independientemente de la investigación anterior de John Ambrose Fleming sobre válvulas termoiónicas (para las cuales Fleming recibió la patente británica 24850 y la patente estadounidense 803,684 ), y De Forest se vio envuelto en muchas disputas de patentes relacionadas con la radio. Siempre se refirió a los triodos de vacío desarrollados por otros investigadores como "oscilaciones", aunque no hay evidencia de que haya hecho una contribución significativa a su desarrollo. Es cierto que después de la invención del triodo de vacío en 1913, De Forest continuó diseñando varios tipos de dispositivos de transmisión y recepción. Sin embargo, aunque generalmente describió estos dispositivos como "audios", en realidad usaban triodos de alto vacío, usando un circuito muy similar al desarrollado por otros experimentadores.

En 1914, el estudiante de la Universidad de Columbia, Edwin Howard Armstrong , trabajó con el profesor John Harold Morecroft para documentar los principios eléctricos del audión. Armstrong publicó su explicación del audión en diciembre de 1914, completa con circuitos y gráficos de osciloscopio . En marzo y abril de 1915, Armstrong habló en el Instituto de Ingenieros de Radio en Nueva York y Boston, presentando su artículo "Algunos desarrollos recientes en el campo de los receptores de audio", que se publicó en septiembre [8] . La combinación de estos dos trabajos se ha reimpreso en otras revistas como Annals of the New York Academy of Sciences [9] . Cuando Armstrong y De Forest se encontraron más tarde por una patente para un receptor de radio regenerativo , Armstrong argumentó de manera convincente que De Forest todavía no entendía cómo funcionaba [10] . El problema era que las patentes originales de De Forest indicaban que el gas a baja presión dentro del audión era necesario para que funcionara (audio es la abreviatura de "audio ion") y, de hecho, los primeros audiones tenían serios problemas de confiabilidad debido al hecho de que este gas fue adsorbido por electrodos metálicos . A veces los audiones funcionaban muy bien ya veces apenas funcionaban.

Al igual que el propio De Forest, numerosos investigadores han intentado encontrar formas de aumentar la fiabilidad del dispositivo estabilizando el vacío parcial. Gran parte de la investigación que condujo a la creación de verdaderos tubos de vacío fue realizada por Irving Langmuir en los laboratorios de investigación de General Electric (GE) .

Kenotron y Pliotron

Langmuir había sospechado durante mucho tiempo que algunas de las supuestas limitaciones en el funcionamiento de varios dispositivos eléctricos de vacío y baja presión podrían no ser limitaciones físicas fundamentales en absoluto, sino simplemente debido a la contaminación y las impurezas en el proceso de fabricación. Su primer éxito fue demostrar que las lámparas incandescentes podían funcionar de manera más eficiente y durar más si la bombilla de vidrio se llenaba con un gas inerte a baja presión en lugar de un vacío total. Sin embargo, esto solo funcionó si el gas utilizado se purgó completamente de todo rastro de oxígeno y vapor de agua . Luego, el inventor aplicó el mismo enfoque para fabricar un rectificador para los tubos de rayos X Coolidge recientemente desarrollados . Una vez más, contrariamente a la creencia popular de que esto era posible, a través de una limpieza meticulosa y atención a los detalles, pudo crear versiones del diodo Fleming que podían rectificar cientos de miles de voltios. Sus rectificadores fueron llamados "Kenotrones" del griego keno (vacío, que no contiene nada, como en el vacío) y tron ​​(dispositivo). Luego dirigió su atención a la trompa de Eustaquio , nuevamente sospechando que su infame comportamiento impredecible podría ajustarse durante la producción. Sin embargo, el científico eligió un enfoque poco ortodoxo. En lugar de tratar de estabilizar el vacío parcial, se preguntó si se podría hacer que el audión funcionara con el vacío total del kenotrón, ya que era más fácil de estabilizar.

Langmuir pronto se dio cuenta de que su audión de "vacío" tenía características marcadamente diferentes de la versión de De Forest y, de hecho, era un dispositivo completamente diferente, capaz de amplificación lineal y en frecuencias mucho más altas. Para distinguir su dispositivo del audión, lo llamó pliotrón, del griego plio (más, en este sentido, significa amplificación, sale más señal de la que entra). Esencialmente, se refirió a todos sus diseños de tubos de vacío como kenotrones, siendo el pliotrón básicamente un tipo especializado de kenotrones. Sin embargo, dado que el pliotrón y el kenotrón eran marcas registradas, los escritores técnicos tendían a utilizar el término más general "tubo de vacío". A mediados de la década de 1920, el término "kenotron" comenzó a referirse exclusivamente a los rectificadores de tubo de vacío, mientras que el término "pleotron" cayó en desuso.

Aplicación en la práctica

De Forest continuó fabricando y suministrando audiones a la Marina de los EE. UU. para dar servicio a los equipos existentes hasta principios de la década de 1920, pero en otros lugares se consideraban verdaderamente obsoletos en ese momento. Fue el triodo de vacío el que hizo realidad las transmisiones de radio prácticas. Antes del advenimiento del audión, los receptores de radio usaban una variedad de detectores, incluidos coherers , barretters y detectores de cristal . El detector de cristal más popular consistía en un pequeño trozo de cristal de galena , sondeado con un alambre delgado, comúnmente conocido como "detector de bigotes de gato". Eran muy poco confiables, requerían ajustes frecuentes de bigotes y no proporcionaban ganancia. Dichos sistemas generalmente requerían que el usuario escuchara la señal a través de auriculares , a veces a un volumen muy bajo, ya que la antena absorbía casi toda la energía disponible para operar los auriculares. Las comunicaciones de larga distancia generalmente requerían enormes antenas y se alimentaba al transmisor con grandes cantidades de energía eléctrica.

El Audion fue una mejora significativa con respecto a estos, pero los dispositivos originales no podían proporcionar ninguna amplificación posterior de la señal detectada. Los triodos de vacío posteriores hicieron posible amplificar la señal a cualquier nivel deseado, por lo general alimentando la salida amplificada de un triodo a la rejilla del siguiente, y eventualmente brindando energía más que suficiente para impulsar un altavoz de tamaño completo . Además, pudieron amplificar las señales de radio entrantes antes del proceso de detección, haciéndolo mucho más eficiente.

Los tubos de vacío también se han utilizado para fabricar excelentes transmisores de radio. La combinación de transmisores mucho más eficientes y receptores mucho más sensibles revolucionó las comunicaciones por radio durante la Primera Guerra Mundial . A fines de la década de 1920, estas " radios de tubo " se habían convertido en una parte integral de la mayoría de los hogares en el mundo occidental y permanecieron así mucho tiempo después de la introducción de las radios de transistores a mediados de la década de 1950.

En la electrónica moderna , el tubo de vacío ha sido reemplazado en gran medida por dispositivos de estado sólido , como el transistor, inventado en 1947 e implementado en circuitos integrados en 1959, aunque los tubos de vacío permanecen hasta el día de hoy en aplicaciones como transmisores de alta potencia, amplificadores de guitarra, y más, equipos de audio de alta fidelidad.

Notas

1. ↑ Okamura, Sogo (1994). Historia de los tubos de electrones Archivado el 20 de abril de 2021 en Wayback Machine . Prensa iOS. páginas. 17-22. ISBN 9051991452 .
2. ↑ Godfrey, Donald G. (1998). "Audio". Diccionario Histórico de la Radio Americana . Grupo editorial Greenwood. pags. 28. ISBN 978-0-313-29636-9 .
3. ↑ Amós, SO (2002). Triodo. Diccionario Newnes de Electrónica, 4ª Ed . novedad pags. 331. ISBN 978-0-08-052405-4 .
4. ↑ Lee, Thomas H. (2004). Ingeniería de microondas planas: una guía práctica de teoría, medición y circuitos Archivado el 20 de abril de 2021 en Wayback Machine . Prensa de la Universidad de Cambridge. páginas. 13-14. ISBN 0-521-83526-7 .
5. ↑ De Forest, Lee (enero de 1906). el audión; Un nuevo receptor para telegrafía inalámbrica Archivado el 20 de abril de 2021 en Wayback Machine . Trans. AIEE . Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 25 : 735-763.
6. ↑ Hempstead, Colin; Worthington, William E. (2005). Enciclopedia de tecnología del siglo XX, vol. 2 Archivado el 27 de julio de 2021 en Wayback Machine . Taylor y Francisco. pags. 643. ISBN 1-57958-464-0 .
7. ↑ Nebeker, Frederick (2009). Dawn of the Electronic Age: Electrical Technologies in the Shaping of the Modern World, 1914 to 1945 Archivado el 23 de junio de 2021 en Wayback Machine . John Wiley & Sons. páginas. 14-15. ISBN 978-0-470-40974-9 .
8. ↑ Armstrong, EH (septiembre de 1915). "Algunos desarrollos recientes en el receptor Audion" Archivado el 22 de abril de 2021 en Wayback Machine . Actas de la IRE . 3 (9): 215-247.
9. ↑ Armstrong, EH (12 de diciembre de 1914). "Características de funcionamiento del Audion" . mundo eléctrico . 64 (24): 1149-1152.
10. ↑ McNicol, Donald Monroe (1946). La conquista del espacio de la radio: el aumento experimental de la comunicación por radio Archivado el 22 de abril de 2021 en Wayback Machine . Taylor y Francisco. páginas. 178-184.

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