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Válvula o diodo de oscilación de Fleming

Válvula o diodo de oscilación de Fleming

La invención de la primera válvula de diodo se atribuye a Ambrose Fleming, quien en 1884 se incorporó al University College London y asumió la Cátedra de Tecnología Eléctrica, la primera de su tipo en Inglaterra.

Fleming trabajó inicialmente en lo que hoy se denominaría ciencia eléctrica y su nombre también se recuerda por la regla del motor de la mano izquierda de Fleming.

Fleming también había realizado un trabajo pionero en mediciones eléctricas y aún hoy se le recuerda por ello.

La escena está preparada para la invención de la válvula de diodo

A finales del siglo XIX, Marconi había estado experimentando con la tecnología inalámbrica como se la conocía entonces. Si bien algunos habían visto la nueva tecnología inalámbrica como un fenómeno interesante, Marconi había visto una oportunidad comercial y había tratado de encontrar aplicaciones reales para ella. Un área importante fue la de la comunicación con el transporte marítimo, ya que no tenían forma de comunicación más allá de la línea de visión. Como resultado, Marconi quería desarrollar la tecnología y aumentar la distancia a la que se podían escuchar las señales.

Marconi fundó su empresa: 'Wireless Telegraph and Signal Company Limited' en Gran Bretaña en julio de 1897. Fleming se convirtió en consultor de Marconi y fue Fleming quien desarrolló el transmisor que se utilizó para la primera transmisión transatlántica en 1901.

Inicialmente Fleming se había centrado en el equipo de transmisión, pero luego dirigió su atención a la tecnología de recepción. Fleming era muy consciente de las limitaciones de los métodos de detección de señales inalámbricas. Los coheredores, detectores magnéticos y otras formas de detector disponibles en ese momento eran muy insensibles y requerían niveles de señal significativos para funcionar. Además de esto, eran inestables y muy poco fiables.

Como resultado, Fleming necesitaba idear mejores formas de detección de señales.

Trabajo inicial

El trabajo inicial de Fleming como precursor de lo que eventualmente se convirtió en su válvula de oscilación implicó tratar de detectar señales de radio o inalámbricas usando un método, una técnica que podría operar un mecanismo de alguna forma. Fleming padecía un empeoramiento de la sordera y, por lo tanto, un sistema que utilizara una indicación visual sería muy beneficioso.

Como resultado, Fleming miró el uso de un instrumento que detectaba corriente. El más sensible fue un galvanómetro de espejo de d'Arsonval. Para utilizar este Fleming necesitaba poder rectificar las señales u oscilaciones de alta frecuencia.

Fleming probó varias formas de rectificador que estaban disponibles en ese momento, pero ninguna funcionó. Por el momento, esta idea tenía que permanecer inactiva.

Tecnología termoiónica

Fleming finalmente encontró la solución al problema de rectificar las señales de radiofrecuencia en la tecnología de las bombillas.

Al igual que Edison, Fleming también había estado fascinado por lo que se llamó el efecto Edison. Fleming realizó algunos experimentos en torno a la idea y en 1889 la Ediswan Company en el Reino Unido le hizo unas bombillas.

Usando estas bombillas reprodujo el efecto Edison, aunque nuevamente esto se realizó usando una carga de estado estable. No fue hasta unos años después que observó que si pasaba una corriente alterna con una frecuencia entre 80 y 100 Hz a través de la bombilla, solo pasaba la mitad del ciclo. En otras palabras, se rectificó para producir una corriente continua.

En este momento había una falta de comprensión sobre el funcionamiento del dispositivo y esto impidió seguir avanzando. Sin embargo, la situación mejoró cuando Sir Joseph Thomson descubrió que los átomos estaban hechos de partículas aún más pequeñas, una de las cuales era una partícula cargada negativamente, un electrón. En consecuencia, se comprendió rápidamente que eran electrones los que estaban siendo emitidos por el filamento calentado en la bombilla, y también proporcionó la razón por la que se sentían atraídos por un electrodo con carga positiva.


Válvula de oscilación de Fleming
Marconi plc - con permiso

En noviembre de 1904, con ideas en la cabeza sobre cómo desarrollar mejores formas de detectar señales de radio y la necesidad de rectificarlas, tuvo lo que llamó "un pensamiento repentino y muy feliz" mientras caminaba por Gower Street en el West End de Londres.

Fleming se preguntó si el efecto Edison podría usarse para rectificar lo que él llamó los "débiles movimientos de un lado a otro de la electricidad de un cable aéreo". Fleming instruyó a su asistente para que preparara un experimento y, para su gran regocijo, pudieron demostrar rápidamente que la idea funcionaba.

En sus propias palabras, Fleming escribió:

"En ese momento decidí ver si [las bombillas o lámparas de luz eléctrica] servirían para el propósito. Fui a un gabinete y saqué las mismas lámparas que había usado en mis investigaciones anteriores. Mi asistente me ayudó a construir un circuito con dos tinajas de Leyden, un marco de madera y una bobina de inducción. Luego hicimos otro circuito, en el que insertamos una de las lámparas y un galvanómetro, luego sintonizándolo a la misma frecuencia que el primer circuito ”.

"Eran alrededor de las cinco de la tarde cuando se completó el aparato. Estaba, por supuesto, más ansioso por probar el experimento sin más pérdida de tiempo. Colocamos los dos circuitos a cierta distancia en el laboratorio y comencé el oscilaciones en el circuito primario ".

"Para mi deleite, vi que la aguja del galvanómetro indicaba que pasaba una corriente eléctrica continua constante, y descubrí que teníamos en este tipo peculiar de lámpara eléctrica una solución al problema de rectificar las corrientes inalámbricas de alta frecuencia".

J A Fleming, How I Put Electrons to Work in a Radio Bottle, Popular Radio, marzo de 1923.


Válvulas de oscilación de Fleming
Marconi plc - con permiso

La 'válvula de oscilación' de Fleming

Fleming llamó a su nueva invención una "válvula de oscilación" porque actuaba de manera similar a una válvula en una bomba que permite que el gas o el agua se muevan en una sola dirección.

A pesar de que el tubo de vacío todavía estaba en su infancia, todavía era una mejora importante con respecto al coherer o los detectores magnéticos que estaban disponibles en ese momento.

Patente de válvula de oscilación

Fleming patentó rápidamente la idea de su válvula de oscilación, ya que obviamente estaba extasiado con su descubrimiento. En noviembre de 1904, poco después del exitoso experimento, se vio a Fleming "recorriendo Gower Street" en Londres, ajeno a todo lo que le rodeaba en su camino para patentar la idea.

La patente británica de Fleming se presentó el 16 de noviembre de 1904 con la especificación completa presentada el 15 de agosto de 1905. La patente británica se otorgó el 21 de septiembre de 1905, patente número 24 850 de 1904.

Fleming también solicitó patentes en Estados Unidos y también en Alemania. El número de patente estadounidense era 803 684. Sin embargo, en sus solicitudes de patente, Fleming reivindicaba la invención, no solo del dispositivo, sino también su aplicación a la rectificación sin limitaciones de frecuencia. Fue esta afirmación la que más tarde llevó a que la patente estadounidense se considerara nula y abriera el campo a otros que usaran la idea de la válvula de oscilación de Fleming y se basaran en ella.

Desarrollo de válvulas de oscilación

Después de que Fleming hizo su descubrimiento inicial sobre la válvula de oscilación y su rectificación de las señales de radio, comenzó a emprender un trabajo adicional para permitirle ser demandado dentro de los sistemas inalámbricos de Marconi.

Tenía algunas válvulas más fabricadas por Edison y Swan que podrían hacer funcionar sus filamentos calefactores con una batería de 12 voltios.

Procedió a trazar sus curvas características para poder comprender mejor su funcionamiento.

Fleming también presentó un artículo a la Royal Society el 8 de febrero de 1905 en el que detallaba el funcionamiento de la válvula de oscilación.

Fleming también envió a Marconi cinco de sus válvulas de oscilación para que fueran utilizadas y probadas en la estación inalámbrica Poldhu de Marconi en Cornualles. Durante estas pruebas, se descubrió que las válvulas debían ser protegidas con una gasa de cobre para evitar que los "cuerpos cargados eléctricamente" cercanos interrumpieran su funcionamiento.

Fleming también realizó otros experimentos con su válvula de oscilación. Investigó las características más a fondo y también observó cómo cambiaban cuando se usaban diferentes filamentos. Esto lo llevó a usar la válvula en una configuración diferente, operando la válvula en la parte inferior de la curva característica ajustando el potencial del ánodo y superponiendo la señal en esta polarización continua de CC. Este modo de funcionamiento resultó en un aumento en el nivel de sensibilidad del dispositivo.

Competencia de válvulas de oscilación

A pesar de su clara ventaja sobre otros detectores, la válvula de oscilación o el tubo de vacío de Fleming no se usaban ampliamente. Las válvulas o los tubos eran difíciles y costosos de fabricar y sus calentadores consumían grandes cantidades de energía y esto tenía que ser suministrado por costosas baterías.

Además, se descubrieron algunos dispositivos más baratos en 1906. Se descubrieron dispositivos que fueron precursores de los detectores Cat's Whisker que se usaron en conjuntos de cristales hasta mediados de la década de 1920. De hecho, se presentaron dos patentes diferentes, una de Ferdinand Braun para un detector de cristales que usa cristales hidratados de óxido de manganeso y la otra de H. Dunwoody para un detector de cristales que usa carborundo. Estos dispositivos tenían muchas limitaciones, pero eran mucho más baratos que la válvula de oscilación de Fleming y, como resultado, se adoptaron rápidamente.


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