Valvola termoionica
La valvola termoionica (o tubo a vuoto) è stato il primo componente elettronico 'attivo' realizzato dall'uomo. Per 'attivo' si intende un componente che, grazie ad una fonte esterna di energia, è in grado di innalzare la potenza di un segnale posto al suo ingresso. Il suo funzionamento di massima è semplice: la corrente passa fra due elettrodi: l'anodo ed il catodo, a seconda della tensione a cui sono posti e a seconda della tensione a cui sono poste alcue parti metalliche (griglie) frapposte ai due. Il catodo, terminale negativo, emette elettroni per effetto termoionico, cioè per riscaldamento. Nei primi tipi di valvola, il catodo era a riscaldamento diretto, cioè per riscaldarlo veniva usata una parte della corrente anodica: però, visti i grossi problemi di interferenze che questo sistema crea nei ricevitori con più valvole venne presto abbandonato, e il compito di scaldare il catodo è oggi affidato universalmente a un filamento in tutto e per tutto simile a quello delle lampadine a bassa tensione.Sebbene oggi i transistor, nelle loro varie forme e tipologie, abbiano soppiantato le valvole in quasi ogni applicazione, esse restano gli unici mezzi per amplificare segnali a potenze molto alte, dell'ordine del Kilowatt o ancora superiori, e per particolari apparati audio di alta fedeltà .
=Diodo= L'anodo è polarizzato con un potenziale positivo, mentre il catodo con uno negativo. Il catodo, inoltre, deve essere riscaldato (da qui il termine termoionico) da un apposito filamento per poter far funzionare correttamente il tubo. Quando viene riscaldato il catodo emette elettroni che sono particelle di carica negativa. Essendo l'anodo polarizzato positivamente si avrà che gli elettroni emessi dal catodo vengono raccolti dall'anodo, creando così un flusso di cariche ovvero una corrente elettrica. Se polarizzassimo il catodo positivamente e l'anodo negativamente non riusciremmo più ad ottenere un flusso di cariche dal momento che gli elettroni emessi da catodo verrebbero respinti dal campo negativo dell'anodo. Il tubo funziona quindi solo in un 'senso' ed il diodo è in pratica una sorta di 'canale' a senso unico (vedi fig. 1).
=Triodo= Aggiungendo una griglia tra il catodo e l'anodo, come fece per primo Lee de Forest nel 1907, si ottiene il triodo (vedi fig. 2). Tale componente è in grado di controllare il flusso di elettroni tra catodo ed anodo con una opportuna polarizzazione della griglia: polarizzata negativamente rispetto al catodo, questa respinge gli elettroni del flusso tanto più quanto più e polarizzata negativamente, fino alla tensione di cut-off in cui la corrente è zero. Quindi, variando la tensione della griglia si può controllare il flusso di corrente fra anodo e catodo, da zero fino al massimo che la valvola consente (punto di saturazione).
I triodi sono usati principalmente per l'amplificazione audio a basso livello (preamplificazione). Non vengono usati in radiofrequenza per le elevate capacità parassite che presentano, specie quella tra griglia ed anodo. Sebbene questa capacità sia di pochi picofarad, questa viene riflessa in una capacità effettiva uguale alla capacità reale moltiplicata per il guadagno dell'amplificatore, per effetto Miller, e viene vista come capacità d'ingresso. Tale capacità riduce notevolmente il guadagno alle alte frequenze.
=Tetrodo=
Per poter disporre di valvole capaci di amplificare anche segnali in alta frequenza, nel 1927 venne costruito il tetrodo. Ponendo una seconda griglia collegata a massa (la griglia schermo) tra la griglia controllo e l'anodo, si ottiene uno schermo elettrostatico che diminuisce la capacità tra anodo e griglia controllo. Tuttavia, anzichè a massa, la griglia schermo va collegata ad una tensione derivata dall'anodica mediante un partitore di resistenze, perché altrimenti agirebbe come una seconda griglia controllo: la si collega a massa tramite un condensatore di bypass. In questo modo il tetrodo permette anche amplificazioni a radiofrequenza, ma introduce nel segnale una certa distorsione per il fenomeno della emissione secondaria, cioè l'emissione dall'anodo di elettroni estratti dall'impatto di quelli, accelerati, provenienti dal catodo.
Questo effetto è presente in tutte le valvole, ma solo nel tetrodo, con la griglia schermo molto vicina all'anodo, costituisce un problema. Una possibile soluzione è usare armature focalizzanti che concentrino gli elettroni anodici e impediscano loro di colpire la griglia schermo: queste valvole furono chiamate tetrodi a fascio e sono state molto usate negli stadi di uscita degli amplificatori audio fino agli anni ‘60.
=Pentodo=
Il pentodo è, essenzialmente, un tetrodo con una griglia in più, la griglia di soppressione; questa ha lo scopo di ridurre l'emissione secondaria e la conseguente distorsione. La terza griglia viene normalmente collegata al catodo, in genere con un collegamento interno alla valvola, che quindi spesso ha lo stesso numero di piedini del tetrodo.
Il pentodo è un vero e proprio punto d'arrivo nello sviluppo della valvola: alta amplificazione, larga banda, bassa distorsione, buona linearità . I pentodi si trovano negli stadi a radiofrequenza e a media frequenza di un ricevitore, ma anche negli amplificatori d'uscita. Il difetto principale del pentodo è un maggiore livello di rumore introdotto nel segnale in uscita, che lo rende inadatto per i primi stadi di amplificazione o quando non serve una amplificazione molto elevata.
=Altri tipi di valvole= Oltre al pentodo sono stati sviluppati molti altri tipi di valvola, con un sempre maggior numero di griglie e dedicati alle applicazioni più disparate. Queste valvole vengono chiamate genericamente valvole multigriglia (esodi, eptodi, ottodi ecc.): spesso sono usate nel convertitore di frequenza degli apparecchi supereterodina. Inoltre visto il ricorrere di alcuni schemi di uso delle valvole, i costruttori producono molti modelli di valvole multiple, con due valvole diverse nello stesso corpo di vetro, per risparmiare spazio e complessità .
Altra classe di valvole sono le valvole elicoidali, il cui funzionamento, anzichè sul controllo del passaggio di elettroni tramite griglie è basato sulla corsa parallela degli elettroni nel fascio con la tensione elettrica in un filo elicoidale avvolto attorno ad esso, e sono usate per amplificare segnali radio nel campo delle microonde.
