STEP #04 - Il principio fisico

 

Il principio fisico 

Componenti del diodo a vuoto

La struttura del diodo a vuoto è molto simile a quella di una lampadina, caratterizzata da due parti fondamentali: una base e un bulbo in vetro. 

Dalla base fuoriesce un gruppo di pin o elettrodi i  quali sono collegati alle strutture interne del bulbo in cui è praticato il vuoto.

Il principio fisico su cui si basa il diodo a vuoto è l'effetto termoionico. 

Il diodo a vuoto funziona principalmente come un diodo moderno, ma con la differenza che le sue dimensioni sono maggiori. È costituito da un contenitore sottovuoto con all'interno catodo (cathode) e anodo (anode) collegati attraverso una sorgente di tensione.

All'anodo è applicata una tensione positiva rispetto al catodo, il quale è riscaldato da un filamento. Gli elettroni vengono emessi dal catodo e attratti verso l'anodo. 

Nel caso in cui la tensione positiva applicata all'anodo non sia sufficiente, quest'ultimo non può attirare gli elettroni emessi dal catodo a causa del filamento caldo. Come conseguenza si accumula una nuvola di elettroni tra catodo e anodo definita carica spaziale e se vengono emessi ulteriori elettroni questi ritornano al catodo. Virtualmente è come se l'emissione di elettroni si fermasse e quindi nessuna corrente scorre attraverso il circuito.

Schema di un diodo a vuoto in assenza di corrente

Se la tensione applicata tra anodo e catodo viene aumentata gradualmente, sempre più elettroni appartenenti alla carica spaziale arrivano all'anodo e creano spazio vuoto per ulteriori elettroni. Quindi con l'aumento della tensione tra anodo e catodo, si può aumentare il tasso di emissione degli elettroni. Allo stesso tempo la carica spaziale svanisce gradualmente fino a sparire, una volta raggiunta una certa differenza di potenziale tra anodo e catodo. Non essendoci più alcun ostacolo all'emissione di elettroni, il fascio di elettroni inizia a fluire liberamente dal catodo all'anodo provocando una corrente.

Schema di un diodo a vuoto in presenza di corrente

In conclusione se all'anodo è applicata una tensione negativa non c'è emissione di elettroni poiché non è riscaldato dal filamento. Inoltre a causa della repulsione degli elettroni da parte dell'anodo caricato negativamente, si accumulerà una forte caria spaziale tra anodo e catodo. Come già spiegato prima questo comporta la non emissione di elettroni da parte del catodo, pertanto non si origina una corrente.

Quindi, il diodo a vuoto consente alla corrente di fluire in una sola direzione.

Sitografia:

(PhysMath, 2019):    https://www.giuseppesottile.it/mathfis/valvola.php

(Electrical 4 U, 2020):     https://www.electrical4u.com/vacuum-diode-history-working-principle-and-types-of-vacuum-diode/