Un siglo en la tecnología de las válvulas

Un siglo de válvulas a cambiado el mundo

Escrito por Helio, guitarramania.com

 

Tras el descubrimiento de la lámpara incandescente en 1880 (Thomas Edisson), no es nada arriesgado decir que la electricidad fue domesticada para dar paso a la electrónica, y todo ello, gracias a las válvulas de vacío, lamparas o como se las quiera llamar. El caso es que NADA de lo que nos rodea sería igual sin ellas.

Es cierto que para el 99% de los músicos una válvula no es otra cosa que el componente básico de su amplificador. No obstante no debemos olvidar bajo ningún concepto que esas válvulas han tenido y siguen teniendo un uso extremadamente amplio en nuestra actual sociedad.

Las válvulas se van sustituyendo en algunos campos (muy poco a poco), por otros inventos basados en semiconductores de estado sólido como por ejemplo las pantallas de TV/Ordenador que han sido meras válvulas hasta hace muy poco (un tubo de pantalla ya sea en blanco y negro o en color no deja de ser una válvula). A pesar de su aparente y paulatina extinción en el ámbito doméstico, las válvulas siguen totalmente en uso y plenamente vigentes en usos militares, y en amplificadores de alta potencia para emisiones de radio, TV, etc… sin hablar de la infinidad de aplicaciones variadas que solo ellas pueden tener, como por ejemplo en la medicina moderna: Un tubo de Rayos X es una válvula y gracias a ella existen las radiografías, del mismo modo que el moderno T.A.C. (Tomografía Axial Computerizada) no es otra cosa que un ordenador controlando una válvula de vacío de alto precio que emite rayos X.

Es más que evidente que el uso de válvulas electrónicas no es algo propio de “frikies”, y menos aún historia pasada. Las válvulas siguen estando presentes en miles de aplicaciones, y por muchos años aún. Al fin y al cabo, una válvula de vacío no es otra cosa que la rica heredera de la clásica bombilla de filamento.

Precisamente el nacimiento de esa bombilla que ilumina nuestras casas, no solo trajo luz a nuestras noches, fue además el punto de inflexión entre una fuerza prácticamente desconocida llamada “electricidad”, y todo lo que hoy en día llamamos “electrónica”, es decir casi el 90% de lo que nos rodea… Un iPod, un PC, un receptor de Radio o de Televisión, sin olvidar nuestros queridos instrumentos eléctricos (bajos y guitarras) no existirían hoy si un buen día de 1880, Edisson no hubiese empezado a jugar con sus bombillas. No es una afirmación exagerada ni gratuita, es una mera constatación de la realidad. Es cierto que en algunos procesos la válvula se ha visto más que superada por el transistor, el cual a su vez ha sido superado por el chip. Nadie concibe hoy un PC hecho a válvulas, pues no cabría en una inmensa nave Industrial, y necesitaría una central nuclear para alimentarse, pero, eso no impide que el primer “ordenador” que se construyó en el ENIAC tenía 18.000 válvulas y pesaba 30 toneladas, y eso que en realidad, era una mera calculadora . Eso nadie lo niega hoy aunque parezca un chiste prehistórico. Aún así es evidente que el mundo actual, tal como lo conocemos, empezó un día con la bombilla, y seguiré con varias entregas sobre este asunto, contando la historia de las válvulas desde sus inicios hasta nuestros días, pasando por una amplia divulgación y explicación de todos los pormenores de su funcionamiento, Para eso, habrá que empezar por los ya clásicos diodos de rectificación, pasando por los triodos hasta acabar en los actuales pentodos de nuestros amplificadores. No creo que sea del interés de este portal hablar de las válvulas de radio y su funcionamiento, así que nos limitaremos a la parte más sencilla que no es otra que la amplificación de Audio. En ese aspecto entraremos a explicar con todo detalle que es una amplificación clase A, A1, A2, AB, etc… Con sus ventajas e inconvenientes.

Hacia 1904, el científico británico John Amborse Fleming mostró una nueva implementación de una bombilla que permitía transformar una corriente alterna en continua. El famoso DIODO de Fleming se basaba en el efecto encontrado por Thomas Edison hacia 1880, al cual Edison no había encontrado utilidad alguna.

Evidentemente, las primeras pruebas de iluminación eléctrica se hicieron sin bombilla, es decir con un cablecito metálico por el que pasaba la corriente, el problema es que al estar en contacto con el oxígeno, su alta temperatura le hacía quemarse y oxidarse hasta finalmente romperse al cabo de escasos segundos. Por eso mismo, el verdadero invento de Edison no consiste en calentar un trozo de metal con electricidad, cosa que ya habían hecho muchos antes que él. Su verdadero invento consistió en estabilizar ese proceso de generación de luz al meter ese filamento dentro de una bombilla de cristal sometida al vacío. Con lo cual ya no había oxidación, ni molestas moléculas de gases que pudieran chocar con el filamento y afectar negativamente a la vida de la bombilla que pasó a ser un producto estable, vendible y funcional.

La historia de los avances científicos, nos demuestra que muy a menudo, nacen de la casualidad: Edison se dió cuenta que en una bombilla de iluminación potente, antes de agotar su vida útil, se producía el efecto extraño de una coloración oscura de su cristal interior, hasta casi invalidar su utilidad, pues se volvía prácticamente opaca. Es necesario decir que esas bombillas (al igual que las actuales) llevan un filamento (especie de bobina) de tungsteno por el cual pasa la corriente eléctrica que provoca un enorme incremento de su temperatura hasta llegar cerca de los 2400º, es decir una temperatura cercana a la temperatura de fusión del tungsteno. Eso hace que el filamento se ponga intensamente blanco, generando así una fuerte iluminación.

Mientras buscaba como paliar ese problema de ennegrecimiento, ya Edison llegó al convencimiento que los electrones desprendidos por la alta temperatura del tungsteno eran los que perdidos en el vacío de la bombilla se depositaban sobre sus paredes. Eso cambió algunos axiomas dados por buenos: Por aquel entonces se empezó a desmontar todas las teorías iniciales que decían que la corriente eléctrica circulaba desde el polo positivo al negativo. Eso nunca ha sido cierto porque los electrones son cargas negativas de electricidad que gravitan al rededor de los átomos, y se desprenden con mayor o menor facilidad indicando así, si un material es buen conductor de corriente o no. Su desplazamiento siempre va de donde más electrones hay a donde menos hay, con el fin de equilibrar su presencia, así que los electrones circulan desde el polo negativo al polo positivo. De eso se dio cuenta Edison cuando se percató que si ponía una fuente de corriente entre el filamento de la bombilla y un nuevo electrodo metido en ella y sometido a tensión positiva (en relación al filamento), esa nube invisible de electrones que acababa por ensombrecer la bombilla, era atraída por ese nuevo electrodo y se producía una circulación de corriente dentro de la bombilla que era siempre en la misma dirección: Desde el filamento incandescente que sometido a un intenso calor desprendía electrones que iban a parar donde menos habían que era precisamente ese nuevo electrodo. Aún así, Edison no sopo que hacer con eso. Lo documentó, pero abandonó esa línea de investigación.

Lee de Forest, supo no solo usar esa funcionalidad al convertir una bombilla más ese electrodo que se llamó plate o placa, en un DIODO rectificador que convertía la corriente alterna en continua (cosa hecha ya por John Ambrose Fleming en 1904), sino que encima investigó varios experimentos que le llevaron a poner un electrodo más entre el filamento y la placa comprobando que ese nuevo electrodo que llamó grid o rejilla afectaba enormemente a la corriente que pasaba del filamento a la placa. Ante ese fructífero y aparentemente revolucionario invento, Lee de Forest se dio prisa en patentar su bulbo electrónico en 1907, es decir el padre del actual triodo.

Podemos pues decir sin lugar a dudas, que Forest fue el primero en sacar provecho a una bombilla que tenía un electrodo además de su filamento, y pudo demostrar que esa bombilla convertía la corriente alterna en continua ya que solo dejaba pasar los electrones en una sola dirección. Muchos habían intentado sacarle provecho a esa extraña funcionalidad del electrodo adicional, pero solo Lee de Forest en 1907 fue capaz de aprovecharlo y demostrar su utilidad. También podemos afirmar que en 1907, Forest introdujo un nuevo componente llamado rejilla (grid) situado entre el filamento y el electrodo (positivo) que atraía los electrones (que se llamó plate o placa) y patentó el invento, ya que este hombre descubrió en la práctica que si conectaba la antena del nuevo telégrafo sin hilos de la época a esa rejilla obtenía una mayor potencia de recepción. En pocas palabras acababa de descubrir el triodo y su efecto amplificador. Ese dispositivo valvular bautizado con el nombre de Audion fue realmente el primer amplificador funcional que ha servido de molde a todo lo que posteriormente se ha desarrollado en ese campo. Así que hoy podemos decir que la válvula amplificadora cumple exactamente 101 años en 2008. Demos pues gracias al señor Lee de Forest, el padre del triodo y en desencadenante de infinidad de aplicaciones hoy más vigentes que nunca.

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.

 

Vamos a entrar de lleno en el concepto de triodo, es decir de Amplificación. Ya hemos explicado anteriormente que un triodo es la base de todo sistema de amplificación valvular, y que ese tercer elemento que da nombre a la válvula es una rejilla (grid) cuya forma es la de un muelle fino que se ubica entre el cátodo y el ánodo con el fin de regular la corriente que circula entre ellos, es decir la llamada corriente de placa. Tal como también hemos explicado previamente, una rejilla SIEMPRE tiene que tener una polarización NEGATIVA en relación al cátodo. Si por las razones que fuera la rejilla fuera positiva en relación al cátodo absorbería electrones y en absoluto cumpliría con su función. Su misión no es otra que mediante unos cambios muy pequeños de tensión en la rejilla, provocar unos cambios GRANDES de tensión entre cátodo y placa, a eso se le llama amplificación.

En las clásicas válvulas de cristal que usamos y conocemos en sistemas de audio, la rejilla es como un muelle de material chapado que tiene dos pivotes soldados en sus laterales, para ofrecer estabilidad. Normalmente ese chapado suele ser de oro. En las válvulas de mucha potencia se llega a usar grafito y materiales distintos ya que en esos casos la rejilla tiene que soportar enormes temperaturas, al igual que todos los componentes de la válvula, pero ese no es el caso de las válvulas de audio. Aquí no etamos hablando de Kilowatios de potencia como en una emisora de radio, sino de 100W a lo sumo, por consiguiente nos centraremos en lo que nos interesa: Las válvulas en amplificadores de audio.

En los amplificadores actuales hay una cosa que se debe de evitar a toda costa y es la llamada emisión secundaria de electrones, ya que al atravesar la rejilla más de un electrón la golpeará, y ese violento golpe podría provocar el desprendimiento de electrones de la rejilla, lo cual inevitablemente llevaría a la emisión secundaria que implica la destrucción de la válvula. Por eso mismo se usa siempre un fino recubrimiento en esa rejilla y se procura que el metal que la recubre no sea en absoluto proclive a emitir electrones al ser golpeado, de ahí el uso de una fina capa de oro, y por supuesto un exquisito pulido y abrillantado del hilo que compone la rejilla para facilitar el deslizamiento en lugar del choque del flujo de electrones.

El triodo:

 

 

 

 

 

Una válvula con una sola rejilla se llama TRIODO porque tiene: cátodo, ánodo y rejilla es decir 3 elementos (Además del filamento). Ese triodo es posiblemente una de las válvulas más conocida por los músicos que usan amplificadores de válvulas, ya que todas las pequeñas válvulas de previo son triodos: La más famosa de todas es la 12AX7 o ECC83. Esa válvula tiene como particularidad el hecho de ser un DOBLE-TRIODO porque contiene dos triodos totalmente separados en su interior, con lo cual, habitualmente se suele usar uno de ellos para amplificar los escasos milivoltios que salen del jack de una guitarra, y una vez subida su potencia se amplifican de nuevo mediante el segundo triodo de la misma válvula, pasando a veces a otra 12AX7 que seguirá ajustando y subiendo esa corriente hasta que pueda llegar a un nivel razonable a la etapa de potencia. Una válvula de este tipo tiene una tremenda capacidad de amplificación y por eso se usa para subir muy bajas potencias, sin embargo, no es capaz de amplificar hasta mover un altavoz. Se la suele llamar válvula de previo porque permite amplificar la señal de un instrumento hasta que esa señal tenga el nivel suficiente para entrar en una etapa de potencia.la cual SI es capaz de mover un altavoz. Aunque es obvio, hay que decir que unas buenas válvulas de previo son las que van a marcar la mayor parte del tono de un amplificador, y aunque este tipo de válvula tiene una enorme duración al no ser castigada por altas potencias (a no confundir con su alto poder de amplificación), no dejan de tener un desgaste natural como cualquier otra válvula. En muchos casos una importante mejoría en el sonido de un amplificador se logra cambiando uno o varios de estos triodos. Muchas personas piensan que sus válvulas finales son las que marcan la calidad, pero no es cierto en absoluto: Si los triodos de previo no son capaces de amplificar correctamente la débil señal que sale del instrumento, por mucha calidad que pongan en su válvulas de potencia, el sonido no mejorará.

Las válvulas llamadas de zócalo noval son las pequeñas cuyo zócalo tiene 9 pins. Por ejemplo en ese grupo entran todas las de previo e incluso los famosos pentodos EL84. En este pequeño esquema dibujado tal tal como se hace técnicamente al hacer un layout de amplificador, podemos ver que el filamento que calienta a ambos cátodos está en los pins 5 y 4 y no tiene contacto físico con los cátodos. El cátodo del primer triodo (empezando por la izquierda) es el pin 8, su rejilla el pin 7 y su placa el pin 6. En el segundo triodo tenemos el cátodo en el pin 3, la rejilla en el pin 2 y la placa en el pin 1. En realidad creo que el esquema está invertido, pero da lo mismo. Para el caso son dos triodos, y el concepto de primero o segundo es una soberana tontería: Hay dos triodos dentro de esa válvula, son independientes el uno del otro, y si nos da la gana usar uno u otro, solo tenemos que conectar los pins adecuados a cada electrodo y no hay mucho más que decir.

El Tetrodo (o triodo con rejilla pantalla):

 

 

 

 

 

 

Al pasar a un salto más por encima del triodo, estamos entrando en el mundo de la etapa final de amplificación. Un Tetrodo es una válvula que lleva 2 rejillas, la de control que ya hemos citado anteriormente y una más llamada: Rejilla pantalla que se encuentra situada entre la rejilla de control y la placa. Para que sirve un Tetrodo ? Pues es bastante sencillo de explicar: Esta rejilla pantalla, ejerce, como su nombre indica el rol de pantalla para aislar lo más posible la rejilla de control de la placa. Está ahí para evitar el efecto de capacitancia entre la rejilla de control y la placa. Ese efecto condensador también llamado efecto Miller es perjudicial cuando hablamos ya de válvulas de potencia (aunque solo sean de 5W). Si tenemos en cuenta que la placa se encuentra a cierta distancia del cátodo y con la rejilla en medio, se produce un efecto condensador entre la rejilla y la placa ya que ambas están sometidas a tensiones muy diferentes: La rejilla es muy negativa y la placa es muy positiva (una diferencia de 500v como mínimo), si ponemos esa segunda rejilla cerca de la rejilla de control y le aplicamos una polarización muy positiva, va a atraer a los electrones que pasarán a través de ella y golpearán con mucha más fuerza la placa, por consiguiente la rejilla pantalla de un Tetrodo tiene dos misiones: Evitar el efecto capacidad entre rejilla y placa y al mismo tiempo hacer el papel de acelerador de electrones para que la potencia de amplificación de la válvula sea mayor.

 

El Pentodo:

Ahora ya toca hablar del famoso pentodo que es usado prácticamente siempre en todas las etapas finales de nuestros amplificadores de guitarra. El pentodo, como su nombre indica incorpora una rejilla más la cual se ubica más cerca aún del ánodo o placa. Si miramos la imagen que encabeza este capítulo (de izquierda a derecha) diríamos que tenemos por un lado los dos cables de alimentación del filamento y el filamento, luego el cátodo o emisor de electrones que tal como se aprecia en la foto, no tiene contacto alguno con el filamento, posteriormente la rejilla de control que es la pieza clave de la amplificación al igual que en el triodo y/o el tetrodo, Esa rejilla SIEMPRE es la primera de todas a partir del cátodo y está físicamente muy cerca de él ya que es la que controla y modula los electrones que salen de él, posteriormente tenemos ya algo más alejada (no se ve en el dibujo pero es así en la realidad), luego tenemos la rejilla pantalla que ya comentamos en el Tetrodo, y finalmente aparece una nueva rejilla a la cual se suele llamar supresora. Básicamente y salvo raras excepciones está polarizada a la misma tensión que el cátodo, incluso hay varios modelos de válvulas en las que internamente está conectada al cátodo, es una rejilla de espiral muy fina y de escasas vueltas, y su función principal es la de evitar que se vayan de viaje los electrones que han golpeado la placa con tanta fuerza que han rebotado, ya que ella al ser la más cercana a la placa, y tener una tensión negativa recoge a los pobres electrones extraviados.

Por ejemplo los modelos EL34 y EL84 son verdaderos pentodos y probablemente los más usados en amplificación (también se usan SV83 y EF86 pero en mucho menor porcentaje) . VOX usa las pequeñas EL84 que suele entregar menos de 10W en sus amplificadores mientras Marshall, Mesa y muchas otras marcas, suelen usar las EL34 emparejadas en sus etapas de alta potencia.

El famoso conmutador que llevan algunos amplificadores para convertir un pentodo en triodo y así bajar su potencia consiste generalmente en desactivar la rejilla pantalla dejando en la mayoría de los casos que la rejilla supresora del pentodo haga su papel de recogida de electrones. Esa reducción de potencia es consecuencia directa de la desconexión de la rejilla pantalla, con ello, la aceleración de electrones NO se produce, y por consiguiente la válvula ofrece un rendimiento más bajo.

Como apunte algo especial diremos que en algunos amplificadores de Guitarra de alta gama (muy pocos) se usa la SV83 como válvula de potencia, mientras que la EF86 de escaso uso también, se suele emplear en los previos a válvulas para guitarra o en equipos profesionales de audio, cuando se busca un funcionamiento de muy bajo ruido en etapas hi-fi,. Ambas son válvulas de muy elevada calidad que tienen un uso restringido a profesionales y material de alto coste.

 

El audio-Beam Tetrode:

No sabría exactamente traducir este término, tal vez sería Tetrodo con “haces” de electrones. Digamos que es una válvula que tiene dos placas (unidas eléctricamente entre sí dentro de la misma válvula, y su funcionamiento consiste en lanzar dos haces de electrones (uno hacia cada placa), sus dos rejillas (la de control y la pantalla) tienen sus espiras perfectamente alineadas las unas con las otras, ambas rejillas están muy muy cerca del cátodo de manera a crear una especie de cátodo virtual. Ese peculiar diseño genera un efecto amplificador de alta ganancia y una distorsión mucho más baja que la de un Tetrodo o un Pentodo normal. El primer tetrodo de haces de electrones que se inventó y aún sigue más que vigente entre nosotros es la 6L6 de RCA que nació en 1936 (anda que no tiene años ya ese diseño). Su principal uso se orienta a amplificadores de Guitarra en el modelo 6L6GC o 6L6GB mientras que la 6550C es la válvula más usada en amplificadores de equipos hi-fi a válvulas. Aunque en sus tiempos se uso este diseño para válvulas de alta potencia cerámicas, hoy su uso se han quedado reducido a estos dos ámbitos.

Como todos sabemos, muchos amplificadores actuales las usan como opción alternativa a las EL34. En el mercado hay modelos de amplificadores de boutique que ofrecen la opción 6L6 o EL34 como etapa final de potencia. Si lo que buscamos es un sonido cálido nítido, más limpio y menos rugiente que el de una EL34, esa debe de ser nuestra elección sabiendo que perderemos algo de rendimiento en potencia.

Adjunto diagrama de un amplificador de baja potencia equipado con válvulas que todos conocemos en este artículo:

Una válvula rectificadora: GZ34 ya comentada, una 5751 que es una ECC83 de previo donde incluso en este esquema se percibe que la válvula es tratada como dos triodos diferentes, y finalmente una 6L6 de potencia donde se aprecian solo dos rejillas, es decir el Tetrodo por excelencia.

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A pesar de que la 6L6 (a secas) sea un tetrodo, las más conocidas 6LGC y 6L6GB tienen un diseño simpliar pero una rejila más, por consiguiente son realmente pentodos, aunque su diseño es similar a la 6L6 inicial por consiguiente ofrecen un rendimiento muy similar al de un pentodo pero con la particularidad de sus dos haces o rayos de electrones y dos placas, además de una disposición especial de sus rejillas que marcan de forma inconfundible su sonido totalmente diferente a muchos otros pentodos.

Personalmente (y eso es una mera cuestión de gustos), prefiero 10 veces más una 6L6 que una EL34, y de hecho en los amplis de alta gama se suele usar mucho más la 6L6 (en sus diversas variantes) que la EL34. Como siempre, es una mera cuestión de gustos.

 

El Filamento dentro de cátodo:

Como ya hemos comentado más arriba, en prácticamente todas las válvulas actuales de vidrio usadas en amplificación de audio, el filamento está aislado totalmente del cátodo, pero como en una válvula estamos bajo un vacío casi perfecto, no resulta nada sencillo transmitir el calor del filamento al cátodo aislado eléctricamente de él. Dicho de otro modo, un cátodo solo puede emitir electrones si está al rojo vivo, y no se puede calentar solo. Se plantea un grave dilema, ya que por diseño, el cátodo es un fino tubo rodeado de sus rejillas y placa, y el filamento tiene que ir dentro del cátodo, no hay escapatoria porque no se puede hacer de otro modo. Así que la solución actualmente al uso consiste en recubrir el filamento con una capa de polvo de óxido de aluminio que es un potente aislante incluso a altísimas temperaturas.

Precisamente este diseño que funciona muy bien, es también el causante de muchos de los problemas en las válvulas actuales y sobre todo en las que más esfuerzo hacen: Las de potencia… No es raro ver como una válvula tiende a emitir ruido de fondo (50hz) porque su filamento empieza a perder su aislamiento, toca el cátodo, y como el filamento suele alimentarse con corriente alterna sin depurar, transmite de inmediato ese molesto ruido de fondo. Sin hablar ya de los posibles problemas derivados de esa especie de corto-circuito valvular que dependiendo del diseño del amplificador, nos puede crear más de un problema serio. Por otra parte esa cercanía entre el filamento y el cátodo crea casi siempre un problema de ruido de fondo porque aunque no se produzca una conexión eléctrica real entre el filamento y el cátodo, el hecho de que apenas les separe una finísima capa de polvo de óxido de aluminio deja pasar ese ronroneo molesto de los 50Hz de la corriente alterna. Para eso hay una solución que muchos amplis de Boutique ya hace años que han adoptado: Alimentar el filamento con sus 6,3v pero con corriente contínua ya rectificada. Con eso por lo menos el amplificador es mucho más silencioso, y se agradece.

El Getter:

Aquí nos encontramos con una especie de leyenda urbana que hay que aclarar. Partamos de una base seria: Todas las válvulas están supuestamente vacias de aire. Eso es cierto a medias, porque nunca el vacío es perfecto, es evidente que siempre puede quedar alguna molécula de aire en la válvula (una o varias). Para paliar sus nocivos efectos se suele pintar (interiormente) el vidrio de la parte alta de la válvula con un recubrimiento de una aleación de bario o con bario puro. El bario es un metal que reacciona muy activamente absorbiendo cualquier partícula de oxigeno que encuentre. El bario puro es caro, así que no siempre se usa en el grado de pureza deseado, pero el caso es que no debemos alterarnos ni preocuparnos cuando vemos esa especie de mancha de metal negro irregular en su parte alta. (ver foto izquierda de una 6L6 de Groove-Tubes).

Cuando se fabrica una válvula se la somete a un intenso calentamiento de esa capa de óxido que se convierte en algo así como un metal brillante en la copa de la válvula. Si su color se vuelve blanco es porque hay oxígeno en la válvula, y el bario al absorberlo se ha convertido de inmediato en óxido de bario que cambia su color. Eso cuando pasa en el proceso de construcción, significa que la válvula debe ser desechada de inmediato, pero a veces nos puede pasar a nosotros, y en ese caso ya sabemos que ha entrado algo de aire en ella por un poro en uno de los electrodos que salen de la válvula, son cosas que pueden pasar con el desgaste. Si eso pasa, la válvula debe ser sustituida de inmediato.

La leyenda urbana que circula en algunos ámbitos es que el hecho de ver unas manchas oscuras e irregulares en el Getter nos indica que es una válvula usada, lo cual es totalmente FALSO. Es probable que el proceso de flameado llamado “Getter-Flash” que como he dicho es el proceso final de construcción de una válvula, no se cree una capa de color regular y existan manchas más negras o más brillantes que otras, pero eso no quiere decir absolutamente NADA sobre la salud de una válvula, que solo puede ser determinada con un tester especial que medirá su respuesta a las corrientes a la que se le somete. Cualquier otra elucubración y determinación empírica es una mera leyenda urbana.

Ojo: Algunas válvulas de potencia no llevan ese recubrimiento de Getter flambeado, sino que usan una especie de placa de metal interna que hace la misma función. En cuyo caso el material usado es zirconio o titanio en estado muy puro para que sean muy sensibles a la oxidación. Este sistema de Getter actúa mucho mejor cuando una válvula está muy caliente, pero al usarse en válvulas de potencia, esa condición se cumple sobradamente.  He hecho esta aclaración por si algún lector cree que su válvula es una patata al no llevar esa pintura metálica dentro…

 

Rarezas:

 

 

 

 

 

Por cierto, y como toque de curiosidad para finalizar este tocho infumable, os quiero presentar unos pentodos muy especiales que se usan en emisoras de radio-aficionado de alta gama que a pesar de andar llenas de chips siguen usando (las mas caras) una etapa de potencia de 2 Pentodos emparejados. En este caso son válvulas de zócalo noval (de 9 pins) como las ECC83, las EL84, etc.. la curiosidad de estos pentodos reside en la ubicación de la salida de la placa que se encuentra ubicada arriba del todo como un capuchón. Eso hace que el Getter no sea el convencional sino el alternativo de zirconio o titanio.

Estas válvulas están pensadas y diseñadas para soportar las frecuencias de radio (mucho más elevadas que las de audio)

Las emisoras llamadas de ondas decamétricas que usan estas válvulas tienen este rango de frecuencias: De 1830-1850 Khz en la gama más baja de frecuencias que en la jerga radiofónica se llama 160 metros, hasta 21Khz también llamados 10 metros. Si tenemos en cuenta que las frecuencias de audio que puede soportar el oído humano van de los 20Hz a los 20.000 Hz estamos ante frecuencias mucho más bajas en audio que en radio.

El caso es que en estos pentodos de emisora de radio, la corriente que sale con una frecuencia de hasta a 21Khz debe de salir lo más alejada posible del cátodo negativo so pena de perder gran parte de su potencia por el efecto de radiación por proximidad, así que para sacar la corriente de placa de estas válvulas, se ponen unos capuchones metálicos recubiertos de plástico o goma aislante de los cuales sale un cable que ya irá al transformador para dar salida a la antena. La goma o el plástico es por si algún descuidado mete la mano dentro y toca esos electrodos… La descarga fulminante está asegurada y no es nada agradable. En algunos casos de hipersensibilidad, puede hasta llegar a ser mortal.

Ese es el inconveniente de las válvulas que suelen trabajar a un promedio de 500V mientras que un amplificador de potencia a transistores a penas trabaja a 12V, como siempre pasa en esta vida, todo tiene su coste, y usar válvulas aporta enormes mejoras en la calidad de la amplificación, a cambio de ser más peligroso el manejo de sus circuitos por los cuales siempre pasan altas tensiones .

 

Helio.

PD: Si alguien está interesado en saber más sobre las especificaciones de las diversas variantes de las válvulas 6L6, aquí pongo unos enlaces a sus hojas de especificaciones completas en formato PDF: 6L6 , 6L6-GB y 6L6GC de todos modos, como ya sabéis, en Google se pueden encontrar infinidad de informaciones útiles para todos los que encuentren interesante el estudio del apasionante mundo de las válvulas.

www.guitarramania.com

 

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Una respuesta a Un siglo en la tecnología de las válvulas

  1. Walter dijo:

    Excelente descripción!!! Saludos y gracias.

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