Caratterizzazione, modelling e studio del rumore di valvole termoioniche per applicazioni audio

La quasi totalità dei piccoli tubi a vuoto, come anche gran parte di quelli di potenza, impiegati nei circuiti odierni, fa uso di emettitori a strati di ossidi. Questi sono costruiti deponendo un sottile strato di ossidi di materiali alcalini su un supporto metallico, che può essere direttamente il filamento, nel caso di tubi a riscaldamento diretto, o un elettrodo cavo, all’interno del quale inserire il filamento, nel caso di tubi a riscaldamento indiretto.
I metalli alcalini solitamente utilizzati sono bario, stronzio e calcio, solitamente miscelati in differenti proporzioni. Il supporto metallico, nel caso di emettitori a riscaldamento indiretto, è solitamente nichel, che coniuga ottime qualità fisiche ad un costo ridotto.

L’ossido viene applicato al ‘cuore’ in nichel sotto forma di carbonato di bario o di stronzio, disciolto in una matrice a base nitrocellulosa, o comunque organica, e spruzzato sulla superficie come una qualsiasi vernice. La fase successiva nella preparazione del catodo prevede l’attivazione dello stesso, riscaldandolo per alcuni minuti alla temperatura di circa 15000°K.

Questa operazione è eseguita dopo aver concluso il montaggio del tubo ed aver creato il vuoto al suo interno, ma prima di staccare lo stesso dalla pompa a vuoto. Durante l’attivazione, infatti, il carbonato si dissocia in due componenti: l’ossido, solido che resta sulla superficie, e il biossido, gassoso e quindi rimosso tramite la pompa. A questo punto si può procedere con la terza fase dell’attivazione, che prevede il raffreddamento dell’elettrodo fino a circa 1100°K, e la successiva applicazione, attraverso una resistenza di protezione, di un potenziale di 100V ad un elettrodo posto nelle vicinanze. Ciò che si verifica è un fenomeno di elettrolisi che porta velocemente l’emissione al valore voluto, a seguito del bombardamento della superficie dell’emettitore da parte di ioni positivi.
Dopo una accurata preparazione ed attivazione, il dispositivo è in grado di fornire un’emissione utile già alla temperatura di 1150°K. L’emissione termoionica ha luogo in quei punti della superficie nei quali si può osservare la presenza di metallo libero, ottenuto dalla reazione ossido-metallo o dal bombardamento di ioni.

Gli emettitori a strato di ossido sono utilizzati ovunque possibile, in quanto garantiscono un’emissione molto maggiore degli altri (alcuni A/cm2), ma deteriorano più facilmente, se soggetti al bombardamento di particelle ad alta energia, e sono molto più fragili. Sono usati soprattutto nei tubi riceventi e trasmittenti che lavorino con tensioni anodiche di alcune centinaia di V.
Gli ossidi impiegati oggigiorno per la costruzione di catodi commerciali sono solitamente una miscela di ossidi di bario e stronzio. Innumerevoli studi, infatti, hanno dimostrato come tale miscela garantisca un lavoro di estrazione associato agli elettroni minore rispetto al caso di utilizzo di un unico elemento quale componente dello strato di ossido.