нескольких тысяч часов. Она определяется не перегоранием нити катода, а истощением активного слоя на его поверхности. При нормальных условиях испаряющиеся с поверхности катода атомы тория непрерывно замещаются атомами, диффундирующими из толщи катода, где имеется некоторый запас тория. При длительной работе эта диффузия ослабевает, так как изменяется кристаллическая структура вольфрама: кристаллы становятся крупнее и число путей для диффундирующих атомов уменьшается. Снижается и запас тория в толще металла. В результате пополнение испаряющегося с поверхности тория замедляется, размеры активного слоя начинают уменьшаться и эмиссия катода падает. Другой, часто, более важной причиной выхода катода из строя является испарение с его поверхности карбида вольфрама - декарбидиза-ция катода, также приводящая к снижению эмиссионной способности. Обычно за срок службы активированного катода принимают время непрерывной работы, в течение которого эмиссия уменьшается на 20-=-30% от начального значения. К пленочным катодам относится бариево-воль-фрамовый катод, в котором активный слой<-на поверхности вольфрама образуется атомами бария. Устройство катода показано на рис. 1.27. Под пластинкой из пористого вольфрама / запрессована таблетка 2 окислов бария и стронция. Внутри молибденового корпуса катода 5 помещен подогреватель 4. Чистый барий, восстанавливающийся из окиси за счет взаимодействия ее с вольфрамом и молибденом, диффундирует сквозь поры вольфрамовой пластинки/и образует на ее поверхности активную пленку.

Благодаря большому запасу бария и непрерывному его поступлению на поверхность, катод весьма устойчив к ионной бомбардировке, не отравляется парами и газами, успешно работает при больших плотностях тока и при высоких ускоряющих напряжениях. Недостатком катода является сильное испарение бария, который, осаждаясь на другие электроды, может вызвать термоэлектронную эмиссию из них, а также вредные утечки.

Рис. 1.27. Баркево-вольфрамовый катод

Бариево-вольфрамовый катод применяется в электронных лампах, работающих при большой плотности тока и высоких напряжениях так же, как ибариево-тан-таловый катод, имеющий аналогичное устройство.

Полупроводниковые катоды

Из полупроводниковых катодов наибольшее распространение получил оксидный катод, изобретенный в 1904 г. Венельтом.

В этом катоде активный слой состоит из оксида, представляющего собой смесь окислов бария и стронция, а иногда и кальция. Оксид в виде пористого белого покрытия толщиной в 20-ь100 мк наносится на никелевое или вольфрамовое основание - к е р н (рис. 1,28). В кристалли-

Окшд Атомы' Вария

Волиррам

Рис. 1.28. Устройство оксидного катода

ческой решетке оксида, состоящей из двухвалентных положительных ионов металла и отрицательных ионов кислорода, равномерно распределены атомы чистого бария, которые образуются во время активировки катода за счет термической диссоциации, электролиза и химического взаимодействия окиси бария с керном и его присадками. В значительном количестве атомы бария находятся на поверхности оксида и в приповерхностном слое.

Энергетические уровни валентных электронов бария лежат в запрещенной зоне энергетической диаграммы оксида вблизи от дна зоны проводимости (рис. 1.29). Поэтому барий является для оксида донорной примесью, превращающей его из диэлектрика в полупроводник с электронной проводимостью. Работа выхода электронов из оксида, как показывают измерения, составляет 1,1ч-1,2 эв. Благодаря такой малой работе выхода оксидный катод обладает хорошей термоэлектронной эмиссией уже при сравнительно небольшом нагреве до 950--1100° К.

На эмиссию оксидного катода оказывает сильное влияние ускоряющее пОде, величина которого в отдельных точках катода из-за большой шероховатости поверхности значительно выше среднего значения. Электрическое поле понижает потенциальный барьер на поверхности катода, облегчая эмиссию электронов, и проникает в глубь полупроводника, где облегчает переход электронов с примесные., уровней. в зону проводимости. Проникая внутрь пор оксидного покрытия, электрическое поле увелцчива.ет

И, наконец, из-за.значительного э,Ч1ектрического сопротивле-

ток эмиссии из этих пор Оксид { Вакуум

Рис. 1.29. Энергетическая диаграмма оксидного катода

ция оксидного слоя и.его щз-к,ой теплопроводности наблюдается подогрев рксидного слоя током эмиссии, а , при больших токах даже перегрев, сопровождающийся самопроизвольным непрерывным ростом тока и в конечном счете выходом катода из строя.

В' связи с изложенным понятие тока эмиссии для оксидного катода при нормальной рабочей температуре оказывается несколько неопределенным, так как его- величина зависит не только от свойств катода, но и от приложенного анодного напряжения. Поэтому для оксидного катода обычно указывают не ТОК'эмиссии, а допустимую плотность катодного тока. Которая для -непрерывного режима лежит в пределах-от 20 до OmoIcm. Эффективность оксидного катода составляет от 4 до 40 ма/вт.

Долговечность оксидного катода ограничивается либо перегоранием подогревателя нити накал-а, либо ухудшением-эмиссионных свойств оксидного покрытия. Во время работы оксидного катода- в нем непрерывно протекают сложные физико-химические процессы, обусловливающие как-активацию, так и дезактивацию катода. Катод непре-.рывно теряет атомы баряя в результате их испарения и химического взаимодействия с остаточными тазами, что приводит к- ухудшению его эмиссионных свойств. В то же Ь^земя запасы бария пополняются за счет термической .42

диссоциации, химического, взаимодействия окиси бария с керном и электролиза. Пока поддерживается динамическое равновесие этих процессов,катод сохраняет свою эмиссионную способность. Но процессы дезактивации м6-гут ускориться за счет въщеления газов электродами вследствие перегрева и чрезмерной электронной бомбардировки при больших напряжениях, за счет натекания возду^а через микротрещины в баллоне и т. д. В результате эмиссия катода начинаетпадать, и катод выходит йз строя. Поэтр-му для долговечности ламп с оксидными катодами исключительное значение имеют качество обезгаживания электродов при откачке лампы, степень вакуума в откачаннбй лампе и качества газопоглотителя, который и во время (заботы лампы должен удалять кислород, выделяющийся п'ри электролизе оки.си бария.

Снижение зйиссионной способности оксидного катода со временем обусловливается также формированием прослойки между керном и покрытием, которая состоит йз соединений бария с активирующими примесями керна и, несмотря на малую толщину (менее 0,1 мк), Может имь сопротивление до 30-=-50 ом, что приводит к ухудшению параметров лампы. Прослойка обладает повышенной Лучеиспускательной способностью, это снижает на 30-ь50° температуру катода и уменьшает его эмиссию. В катодах из чистейшего никеля, а также при некоторых активирующих присадках- прослойка практически не образуемся.

Теоретический срок службы оксидного катода, определяющийся запасом бария в оксидном покрытии, достигает нескольких сот тысяч часов. В специальных типах ламп-долговечность катода достигает 100-=-150 тыс. ч. В лампах массового производства долговечность оксидного катода составляет несколько тысяч часов и выход катода, из строя обычно определяется перегоранием подогреватйя, имеющего температуру на 200-=-300° выше температуры катода, либо пробоем алундовой изоляции подогревателя.

Для получения высокой долговечности оксидного катода чрезвычайно важно поддерживать правильный рабочий режим, при- котором сохраняется равновесие процессов .в катоде. Это Прежде всего относится к напряжению накала. При перекале усиливается испарение бария, ускоряется формирование прослойки и возрастает вероятность перегорания катода или подогревателя. У недостаточно обезгаженных ламп долговечность катода уменьшается и

при недокале, так как преобладающими становятся процессы дезактивации, обусловленные взаимодействием бария с остаточными газами. Долговечность оксидного катода может сокращаться и при работе его без отбора тока, так как при этом отсутствует активировка катода за счет электролиза и процессы дезактивации становятся преобладающими.

При правильном использовании оксидный катод обладает высокими эксплуатационными качествами и благодаря этому является в настоящее время самым распространенным катодом в лампах мощностью до 100 вт. В более мощных лампах непрерывного режима применяются специальные тип|.1 оксидных катодов (синтерированные катоды), обладающие достаточной устойчивостью к ионной бомбардировке при высоких ускоряющих напряжениях.

Разновидностью полупроводниковых катодов является ториево-оксидный катод, у которого активный слой состоит из окиси тория. Этот катод начинают применять в мощныхлампах. Он имеет высокую допустимую плотность тока (до 4 alcM?) и устойчив к воздействию сильных электрических полей.

Аноды

Анод может иметь во время работы высокую температуру вследствие разогрева за счет электронной бомбардировки и теплового излучения катода. Каждый падающий на анод электрон обладает кинетической энергией

которая почти полностью идет на нагрев анода. Если количество электронов, падающих на анод в единицу времени, равно п, то мощность, подводимая к аноду электронами,

(1.32)

P,n! = neU, = I,U,.

Обозначив выделяющуюся на аноде долю мощности лучеиспускания катода аРн, где коэффициент а < 1, получим следующее выражение для мощности, подводимой к аноду электронным потоком и тепловым излучением катода:

С другой стороны, анод, нагретый до некоторой температуры, сам излучает мощность в окружающее пространство, в соответствии с формулой Стефана - Больцмана:

здесь П„зл - излучающая поверхность анода;

I - коэффициент лучеиспускания анода; Т - температура анода;

0 = 5,67.10-2 вт/см-град - постоянная Стефана - Больцмана. В установившемся режиме мощность, подводимая к аноду, и мощность, теряемая анодом за счет лучеиспускания, должны быть равны между собой:

Р 4-аР =Р

а~ н - изл

ИЛИ

I,U,-\-aI,U,laTU ,. (1.34)

Отсюда температура анода в установившемся режиме

(1.35)

Допустимая температура нагрева анода определяется началом интенсивного газоотделения. В целях уменьшения газоотделения анод при откачке лампы обезгаживают . путем интенсивного прогрева и электронной бомбардировки. Во время работы лампы нагрев анода должен быть меньше, чем во время откачки. Кроме того, температура анода должна быть ниже температуры катода, во избежание перегрева последнего. Поэтому в лампах с оксидными катодами максимальная температура анода независимо от того, из какого материала он сделан, не должна превосходить 600-f650° К. В лампах с вольфрвмовым или карби-дированным катодом она может быть значительно выше.

Максимально допустимая температура нагрева анода определяет величину максимально допустимой мощности, выделяемой электронным потоком на аноде:

Ратах = Ризлтах-аР = а74ахЛизл-а/ {/ . (1.36)

Мощность Ра, выделяемая на аноде во время работы лампы, всегда должна быть меньше, чем максимально допустимая

Ра = /аС/а<Ра

(1.37)