Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Двухэлектродные лампы 

1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

бования. Качество термозлектронкого катода п степень его пригодности определяются рядом показателей, называемых параметрами катода. Важнейшими из них являются предельная плотность катодного тока, эффективность катода и его долговечность.

Предельная плотность катодного тока. Катодным током называют электронный ток, идущий от катода к другим электродам лампы, в диоде он равен току анода. Максимальная величина катодного тока, допустимая в условиях эксплуатации, называется предельным катодным током. Как правило, предельный катодный ток в целях обеспечения высокой долговечности катода берется значительно меньше тока эмиссии (см. §4.8). Величина предельного катодного тока, приходящаяся на единицу поверхности катода, эмиттирующей электроны, называется предельной плотностью катодного тока.

Эффективность катода. Для разогрева катода до рабочей температуры требуется некоторая мощность. Чем меньше эта мощность при заданном токе эмиссии, тем более эффективен катод и тем он удобнее в эксплуатации. Эффективность катода Н характеризуют отношением предельного тока катода /к max к мощности, затрачиваемой на накал катода:

я = 4. (1.29)

Долговечность катода характеризуется временем, которое он может непрерывно работать, сохраняя свои важнейшие параметры в пределах норм.

б. Способы накала катода

Катоды электронных ламп по способу накала подразделяются на прямо накальные и подогревные (косвенного накала).

В прямонакальных катодах ток накала проходит непосредственно по проволоке, эмиттирующей электроны, чем обеспечиваются минимум тепловых потерь и максимальная простота устройства катода. По конструкции катоды Прямого накала весьма разнообразны. В простейшем случае - это прямолинейная металлическая нить, закрепленная концами в массивных держателях, по кото-

рым к катоду лодводится ток накала. При большой длине нити в целях повышения механической прочности ей придают зигзагообразную форму (рис. 1.24, й). Пружинки, удерживающие нить в точках изгиба, обеспечивают натяжение нити и не дают ей прогнуться при удлинении в результате нагрева. В лампах цилиндрической конструкции применяют катоды, нить которых скручена в спираль.




а) 1) 8)

Рис. 1.24. Конструкции катодов прямого накала

чем обеспечивается увеличение поверхности катода (рис. 1.24, б). Наиболее развитой поверхностью при высокой механической прочности обладают плетеные катоды, у которых эмиттирующая поверхность представляет собой сетку из металлических нитей (рис. 1.24, б).

Вследствие малой тепловой инерции прямонакальные катоды маломощных ламп допускают нагрев лишь постоянным доком. При питании переменным током температура нити катода меняется, что вызывает пульсацию тока эмиссии и тока,анода. Пульсация тока анода вызывается также тем, НТО в рассматриваемом случае потенциал катода относительно адода оказывается переменным. В анодной цепи лампы появляется мешающий фон переменного тока низкой частоты.

В подогревных катодах (рис. 1.25), предложенных в 1921 г. А. А. Чернышевым, разогрев эмиттирующей поверхности Э осуществляется тепловым излучением специального вольфрамового подогревателя П, на-



каливаемого до высокой температуры электрическим током. Подогреватель электрически изолирован от эмиттера слоем а л у н д а, представляющим собой окись алюминия и отличающимся хорошими изоляционными качествами при высокой температуре.

Обладая большой массой, подогревные катоды имеют значительную тепловую инерцию. Электрическая изоля-


Рис. 1.25. Конструкции подогревных катодов

ция эмиттирующей поверхности от подогревателя обеспечивает эквипотенциальность эмиттера и отсутствие нежелательной компоненты переменного напряжения накала в анодной цепи. При бифилярной намотке подогревателя оказывается незначительным и магнитное поле накала, которое может вызывать пульсацию тока анода. Благодаря всему этому подогревные катоды вполне пригодны для нагрева переменным током. Однако эффективность их из-за непроизводительных потерь тепла с неэмиттирую-щих участков катода в несколько раз ниже, чем эффективность прямонакальных катодов, изготовленных из такого же материала. Из-за тепловой инерции подогревные катоды имеют времл разогрева от нескольких минут до 10---f-20 сек и в специальных конструкциях до 5 оек,

в. Типы термоэлектронных катодов

По типу эмиттера катоды подразделяются на три основные группы: катоды из чистого металла, пленочные катоды и полупроводниковые катоды*.

Катоды из чистых металлов

Из уравнения термоэлектронной эмиссии

h = ATe Пк

(1.30)

следует, что для получения достаточно большой эмиссии металл необходимо нагревать до значительной температуры. Однако при очень высокой температуре материал катода интенсивно испаряется, диаметр нити становится меньше, в средней наиболее накаленной части образуется утоньшение, которое вследствие повышенного сопротивления разогревается еще больше, и катод в этом месте расплавляется либо разрывается натягивающими его пружинящими держателями. Чем выше температура катода, тем интенсивнее испарение металла и меньше долговечность катода.

С другой стороны, при снижении температуры катода падают его удельная эмиссия и эффективность. Уменьшение удельной эмиссии вытекает из уравнения (1.30). Уменьшение же эффективности связано с тем, что мощность, затрачиваемая на накал катода, при снижении его температуры падает медленнее, чем эмиссия. Дело в том, что расход мощности на нагрев катода определяется главным образом потерями на лучеиспускание, которые составляют от 93 до 98% всей подводимой мощности. Остальные 2--7% расходуются на эмиссию и теряются за счет теплопроводности выводов. Поэтому зависимость мощности накала от температуры достаточно точно определяется формулой Стефана - Больцмана, известной из курса физики:

P = iar*n

(1.31)

* Более полная классификация катодов дана в книге В. М. Царева. Расчет и конструирование электронных ламп. Энергия , 1967, стр. 191.



где а = 5,67- Ю- вт/см-град* - постоянная Стефана - Больцмана;

I - коэффициент лучеиспускания, зависящий от свойств поверхности катода и имеющий величину порядка 0,7-f-0,8; П„ - излучающая тепло поверхность катода. Отсюда следует, что с уменьшением температуры мощность, требующаяся для накала катода, падает пропорционально Т*. Но ток эмиссии при этом падает значитель-

как Т^е кт и эффективность катода при снижении температуры быстро уменьшается. Поэтому для катода целесообразно применять лишь тугоплавкие материалы, допускающие работу при высокой температуре, имеющие к тому же небольшую, работу выхода. Мате{)иал должен быгь ковки^ и тягучим.

Лишь немногие из известных металлов и сплавов пригодны для изготовления катодов. В первую очередь к ним относятся вольфрам и тантал.

Вольфрам, являющийся очень тугоплавким металлом (температура плавления свыше 3600° К), при нагреве до 2450°-=-2650° К имеет невысокую скорость испарения, обеспечивающую долговечность 2-=-3 тыс. ч. Эффективность катода при этом получается 2--10 ма1вт и удельная эмиссия 0,Зн-0,7 alcM. Предельная плотность катодного тока у чисто металлических катодов может быть взята равной удельной эмиссии,

Вольфрам ковок, тягуч и допускает изготовление проволоки различных диаметров, начиная от нескольких микрон. Пары вольфрама обладают способностью вступать в химические соединения с остаточными газами в лампе и тем самым улучшают ее вакуум. Вольфрамовый катод не боится бомбардировки положительными ионами оста-тачного газа, образующимися при прохождении через лампу электронного потока, и устойчиво работает при высоких анодных напряжениях. Благодаря этим положительным качествам вольфрамовые катоды до недавнего времени широко применялись в мощных высоковольтных лампах. В настоящее время они почти полностью вытеснены пленочными и полупроводниковыми катодами, имеющими более высокую эффективность.

Катоды из тантала применяются редко.

Пленочные катоды


Рис. 1.26. Карбидирован-ный торированный вольфрамовой катод

Эмиссионная способность металла может быть существенно увеличена путем нанесения на его поверхность тонкой пленки металла, имеющего меньшую работу выхода. Такие катоды называются пленочньши. Примером пленочного катода является карбидированный катод из торирован-ного вольфрама.

Этот катод изготавливают из вольфрама с примесью окиси тория (0,5-2%). Поверхностный слой катода согтоит из карбида вольфрама, покрытого тонкой пленкой атомов тория, диффундирующих при активи-ровке на поверхность из толщи катода (рис. 1.26). Слой карбида вольфрама повышает стойкость и долговечность катода,

так как на поверхности этого слоя атомы тория держатся прочнее, чем на поверхности чистого вольфрама.

Атомы тория, отдав свои валентные электроны атомам вольфрама, имеющего большую работу выхода, чем торий, располагаются на поверхности катода в виде положительных ионов. Между слоем ионов и поверхностью катода создается ускоряющее электрическое поле, облегчающее выход электронов из металла. Поэтому работа вых1рда электронов у такого катода получается меньше, чем у )?и-стого тория, а эффективность значительно выше, чем у вольфрамового катода.

Карбидированный катод при рабочей температуре ШбО'-ь -2000° К имеет эффективность до 5070 ма/вт и плотнос^Ть тока эмиссии до 1,5 а/см. Применяются эти катоды в мощных лампах, так как активированный слой карбидирован-ного катода достаточно стоек и не разрушается под действием ионной бомбардировки при напряжениях анода До 10-15 кв. Однако карбидированный вольфрам более хрупок, чем чистый; он имеет склонность покрываться трещинами при многократном нагреве и охлаждении вследствие различия коэффициентов расширения вольфрама и карбида вольфрама.

Долговечность карбидированного катода доходит до



1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32