Como funciona realmente una válvula ?

Básicamente tal como aparece en este dibujo: Tenemos a la izquierda una fuente de alimentación que puede ser alterna o contínua conectada al filamento que cruza toda la válvula, y que gracias al calor producido por el paso de la corriente, genera una nube de electrones. Posteriormente y en forma de tubo que envuelve al filamento, tenemos el ánodo o placa sometida a tensión positiva en relación al filamento (ver fuente derecha de alimentación). La nube de electrones es absorbida por la placa, y por consiguiente se establece un flujo fijo de corriente que SIEMPRE irá del filamento (que en este caso hace de cátodo) a la placa o ánodo.

Veamos una válvula por dentro:

Todas las válvulas están basadas en el funcionamiento de Audion, es decir en el esquema arriba enseñado, pero con la particularidad de que llevan una o varias rejillas que tienen la forma de una espiral de hilo metálico ubicado entre el cátodo y el ánodo. Los electrones atraídos por el ánodo lo golpean con fuerza y son absorbidos por él. El diseño de la válvula, es decir: Del cátodo, rejillas y ánodo, hará que una corriente pequeña entre cátodo y rejilla, se convierta en una corriente mucho más grande entre cátodo y placa o ánodo. Ese será el factor de amplificación de la válvula y depende evidentemente del diseño y de las prestaciones que se busquen.

Si observamos una válvula actual, veremos que es una especie de lámpara o bulbo con unos electrodos conectados a sus elementos interiores y que sobresalen de manera a ubicarla en su correspondiente zócalo.

Antes de sellar una válvula se la somete a una gran bomba de vacío que irá sacando el aire y/o gases que pueda contener. Normalmente una válvula de calidad es sometida a una ausencia de presión de 1 millonésima parte de la presión del aire a altura cero, que viene a ser de 1kg por cm2. Es decir un vacío realmente impresionante. De no ser así, su rendimiento sería malo y su vida se vería muy acortada. En la jerga técnica diremos que es sometida a un Microtorr de presión.

El cátodo:

Normalmente todas las válvulas actuales usan uno de los dos tipos de cátodos que vamos a describir:

A-El filamento clásico de tungsteno con una mezcla de torio que es un metal raro. Ese filamento tiene el mismo aspecto que el de una bombilla clásica, salvo que lleva algo de torio dentro del tungsteno, y cuando el filamento de tungsteno alcanza los 2400º de temperatura, el calor hace salir las moléculas de torio a la superficie del filamento, y se pone a emitir muchos más electrones de lo que haría un filamento de tungsteno. Actualmente, las grandes válvulas de amplificación usadas en las emisoras de radio emplean esos cátodos de filamento con torio, y curiosamente algunos de los amplificadores Hi-Fi a válvulas también usan esa tecnología. La ventaja de este sistema de cátodo es que es tremendamente duradero porque el torio posee una enorme capacidad de emisión de electrones, es muy estable y resiste a la perfección los altos voltajes.

B-El otro tipo de cátodos es el recubierto de óxidos. Pueden ser solo un filamento recubierto de una mezcla de óxidos de bario, estroncio o cualquier otro tipo de sustancias impuras capaces de emitir electrones, aunque normalmente todos los actuales cátodos usados en amplificación audio suelen ser independientes del filamento. Son una mera funda de nikel situada sobre el filamento (aislada eléctricamente de él) y recubierta de los mismos óxidos que hemos comentado antes. Estos cátodos aislados físicamente del filamento se ponen al rojo vivo, alcanzando todo lo más los 1000º de temperatura, pero sus capas de óxido son capaces de emitir muchos más electrones que los filamentos de torio, por eso las válvulas actuales de uso corriente suelen ser de este tipo. No obstante, esos cátodos pueden ser dañados por las muy altas tensiones de placa y por eventuales resíduos de iones de oxígeno que pudiesen haberse quedado en la válvula, por consiguiente, no se usan cuando se buscan muy elevados voltajes de placa y altas tasas de amplificación, cosa que no suele pasar en nuestros amplis clásicos de Guitarra o Bajo, donde no se exige tanto rendimiento.

C-Para terminar sobre los cátodos diremos que la vida útil de una válvula depende prácticamente al 100% de la capacidad de emisión de electrones de su cátodo, y la capacidad de emisión de electrones de un cátodo depende de su temperatura normal de funcionamiento, del grado de vacío de la válvula y de la pureza de los materiales usados en su construcción. Cuando esa capacidad se va agotando, la válvula ya no sirve, pierde potencia, ensucia el sonido, etc...

Es muy importante señalar que el nivel de calidad de los materiales usados en la construcción de las válvulas de los años 50-60 era muy superior y mucho más cuidada que el actual. Por eso las verdaderas válvulas NOS se pagan a precio de oro, porque además de durar hasta 5 veces más que las actuales, sus cátodos tienen una emisión de electrones totalmente estable durante cientos de horas de trabajo, resisten mucho mejor los cambios de tensión y en general no solo sacan mejor sonido, sino que aportan una estabilidad de la cual casi siempre carecen la mayoría de las válvulas actuales.

A título de ejemplo podemos citar algunas cifras sobre duración de algunas válvulas:

Las válvulas de previo de calidad, no consumen apenas potencia, y si están correctamente alimentadas y cuidadas, pueden dar una vida útil de hasta unas 100.000 horas de uso, o incluso más (las de tipo ECC83, etc... )

El record del mundo de una válvula lo ostenta un tetrodo de muy alta potencia y cátodo de torio, que estuvo funcionando en una Emisora de Radio de Los Angeles (USA) durante 10 años seguidos = 80.000 horas, y fue cambiada cuando aún funcionaba perfectamente. Se hizo el cambio para conservar esa joya como objeto de colección por parte de la emisora.

En comparación con estas barbaridades, tenemos que aterrizar y admitir que la típica válvula de audio y caldeo indirecto con cátodo recubierto de óxido como la famosa EL34, solo suele durar entre las 1.500 y las 2.000h.

El ánodo:

El ánodo o placa (plate) es quien recoge la salida de la válvula. Es evidente que ya que atrae los electrones que le golpean con inusitada fuerza, el ánodo siempre tiende a calentarse por su función, sobre todo en válvulas de potencia. En general su diseño está pensado para que se produzca el fenómeno de auto-refrigeración, por eso suele tener forma de envolvente con aletas: Es lo primero y casi lo único que vemos cuando observamos una válvula. La mayoría de las veces está prácticamente en contacto directo con el cuerpo de la válvula de vidrio para que el propio recipiente de cristal le sirva de disipador de calor. En las grandes válvulas de potencia de cubierta metálica o cerámica se pone o bien una corriente de aire forzada, e incluso algunas válvulas de emisoras tienen una refrigeración por líquido: Algo similar al circuito de refrigeración del motor de un vehículo. Muchas válvulas utilizan ánodos de grafito ya que es un material que tolera muy bien las altas temperaturas y se suele refrigerar solo. Además teniendo en cuenta que el ánodo de una válvula de potencia está literalmente sometido a un tremendo bombardeado de electrones existe el peligro de rebote de esos electrones, cosa que el grafito sabe retener bien limitando al mínimo la emisión indeseada de rebotes.

El Diodo:

Para terminar este artículo en el que todavía no hemos podido tratar la rejilla, nos hemos quedado en el diodo. Mañana intentaré pasar al triodo, de momento nos quedamos con el diodo y para ello, hablaremos de una de las más famosas rectificadoras del mercado: La 5AR4 o GZ34, ya que es un doble diodo que permite rectificar ambos polos de la corriente alterna: Yo la uso en 3 amplificadores.

Esta válvula es como un dos en uno: Tiene dos filamentos empalmados como si fueran uno solo, más dos cátodos, y dos ánodos. Vemos como los pines de abajo se conectan a los electrodos de dicha válvula, y podemos ver sobre todo los dos ánodos a través del cristal, ya que son esos dos envolventes que recibirán el bombardeo de electrones. Por eso son tan grandes y sobredimensionados. Esta válvula permite rectificar la corriente de un amplificador normal de 30W en Clase A o AB.

Si miramos en cualquier Web americana de venta de válvulas, veremos que por ejemplo esta misma válvula del fabricante JJ, Shuguang, Sovtek etc... cuesta entre 10$ y 15$ a lo sumo... Si miramos esta misma Mullard cuya foto sale en el artículo, el precio es de 100$

La diferencia no parece evidente a la vista, pero podemos deducir que la calidad de los materiales y ensamblado, además de la pureza de los óxidos que recubren el cátodo, harán que una de estas válvulas baratas pueda rectificar de modo desequilibrado ya que son dos válvulas en una y se presupone que está hecha para que ambas partes trabajen exactamente igual, cosa que no es nada evidente en una barata, salvo que se testee y compruebe en un aparato específico que permite testear válvulas (dudo mucho que por 10$ se tomen la molestia de evaluar su equilibrio en las dos partes). Además podemos presuponer que debido a sus materiales su duración será de 1/10 o 1/100 parte que una Mullard NOS. De ahí viene la búsqueda desesperada de muchos frikis dispuestos a pagar 10 veces y hasta 100 veces más por una válvula de calidad que les puede garantizar miles de horas de estabilidad.

Al siguiente artículo ya entraremos de lleno en lo que es la amplificación.