Thermionic catod trebuie să fie durabilă și să asigure o emisie stabilă (stabilă), la un cost mai mic este posibilă încălzirea energiei. suprafața catodului nu trebuie să se deterioreze pe bombardament ionic. Chiar și într-un vid înalt, există un număr de ioni pozitivi. Ei zbura rapid spre catod. Cu cât tensiunea de anod, cu atât mai mare forța ionii lovesc catod.
eficiența catod se caracterizează prin eficiența. Acesta arată modul în care curentul de emisie poate fi obținut prin 1 Watt de intensitate a puterii. catod modern într-un mod continuu de eficiență de funcționare poate fi de la câteva sute de miliamperi pe watt.
Temperatura de operare la diferite catozii de la aproximativ 700-2300 ° C. Durabilitatea este determinată de catod pentru o perioadă, după care randamentul de electroni este redus cu 10%. Catozi au durabilitate de la sute la zeci de mii de ore.
Cu o creștere a temperaturii de funcționare crește eficiența și, astfel, pentru a spori intensitatea emisiilor este crescut de mai multe ori, dar durabilitatea este redusă.
catozii simple, t. E. catozi de metale pure, aproape compuse exclusiv din tungsten (tantal rar) și cu căldură directă. catozii Temperatura de funcționare wolfram 2100 - 2300 ° C, ceea ce corespunde cu lumina strălucire galben sau alb. Durabilitatea este determinată de aceste catozii slăbire a emisiilor datorită scăderii grosimii datorită pulverizarea catodică de wolfram.
Virtutea rezistenței emisiei de tungsten cu catod. După perekala temporară nu este redusă. Rezistență tungsten catod la bombardament cu ioni face deosebit de potrivit pentru lămpi de putere înaltă care funcționează cu tensiuni înalte anod. Catozii de tungsten sunt, de asemenea, utilizate în lămpi electrometalurgice speciale în care stabilitatea de emisie este importantă. Principalul dezavantaj al catodului tungsten - eficiență scăzută (miliamperi unități per watt). Datorită temperaturii ridicate și a emis căldură razele de lumină intense, care se irosește pe aproape toate intensitatea puterii.
Multe tipuri de catozi complexe de metal pur aplicat pe suprafața stratului de activare, care asigură o emisie intensă la temperaturi relativ scăzute.
Virtutea catozi complexe - eficiență. Ele sunt eficiente la zeci și chiar sute de miliamperi per watt. Temperatura de funcționare a unora dintre catozilor este de 700 ° C. Durabilitatea ajunge mii și zeci de mii de ore. Până la sfârșitul acestei perioade, randamentul de electroni este redus datorită cantității scădere de activare a impurităților (de exemplu, datorită evaporării). Unele catozii complexe furnizează emisie ultra într-un mod pulsatoriu, adică. E. Pentru scurt (microsecunde) intervale de timp separate pauze semnificativ mai lungi.
Principalul dezavantaj al catozi complicate - stabilitate redusă de emisie. Randamentul de electroni este redus de la perekala timp, substanțele datorate evaporării de activare la o temperatură ridicată. În plus, catozii complexe distruse prin bombardament ionic, astfel încât lămpile este important să se mențină un vid înalt. Acest lucru se realizează cu ajutorul unui getter special (getter).
catozi compozite pot fi film sau materialul semiconductor. Primele includ, de exemplu, thoriated catod karbidirovannyj. Este un fir de tungsten cu film de toriu și o impuritate de carbon. Stratul activ al catodului este greu de distrus prin bombardament ionic. Acestea sunt utilizate pentru tensiuni anodice de până la 15 kV.
Aceasta se referă la catod din oxid semiconductor. Aceasta pe baza de nichel sau wolfram aplicat la un amestec de oxizi ai metalelor alcalino-teroase - bariu, calciu și stronțiu. Într-o emisie de electroni de oxid de catod are loc în principal de atomi de bariu. catod Perekal îmbunătățește evaporarea bariu și reduce randamentul de electroni. Durabilitatea este determinată de catod oxid, un strat de oxid care sărăcită în mod progresiv atomi de bariu. Pentru buna performanta a catodului de oxid este important de vid înalt, deoarece stratul de oxid este distrus prin bombardament ionic. Pentru a evita bombardament cu ioni excesiv nu poate tolera tensiune prea mare anod la catod într-un mod continuu.
Pentru catod de oxid este periculos nu numai perekal ci nedokal în care supraîncălzirea poate apărea focare. direct catod încălzit în timp ce de multe ori „arde“, t. e. lângă unul din focarele principale de supraîncălzire a topiturilor catod din metal. Acest fenomen se explică prin următoarele caracteristici:
1. În stratul de oxid, ca și pentru toate semiconductori, deoarece temperatura crește rezistența scade.
2. Datorită rezistenței ridicate a stratului de oxid, corespunzător său de încălzire curent catodic cu încălzire prin curentul de încălzire.
3. Diferite porțiuni ale stratului de oxid de pe rezistența inegală și emisivitatea. Curentul catodic este distribuit astfel încât în zonele cu rezistență scăzută și emisivitate mai mari sunt curenți mari. La încălzirea acestor porțiuni crește, rezistența scade, crește randamentul electronilor și există o creștere suplimentară a curentului. Acest fenomen este observat în nedokale în cazul în care curentul catodic este mare. Apariție supraîncălzire promovează, de asemenea focare bombardament cu ioni de catod.
In modul normal, încălzitorul și curentul catodic fără a supraîncărca catod din oxid are o durabilitate ridicată. Acesta este utilizat pe scară largă în receptor-amplificator și generatoare de tuburi de putere mică și medie într-un tuburi catodice, lămpile de funcționare în impulsuri, și multe alte dispozitive.
Fig. 15.6. Dependența de emisie a catodului de oxid de pe durata unui impuls de curent anodic
În emisia modul în impulsuri de catod de oxid poate fi de multe ori mai mult decât în mod continuu. Aceasta are loc sub influența puternic câmp electric extern, t. E. este o combinație de emisie termionică electrostatice. Cu toate acestea, în timp această problemă a slăbit rapid (Fig. 15.6). Se spune, nu foarte fericit, că problema ultra-înaltă „otrăvuri“ oxid de catod. „Otrăvirea“ încetează, în cazul în care catodul este „repaus“. Apoi se recuperează emisivitate și poate da din nou un timp scurt, cu un randament ridicat de electroni. Acest lucru se datorează faptului că stratul de oxid trebuie să acumuleze un număr suficient de electroni. durata impulsului emisie de curent tipic 20 microsecunde.
Un catod de oxid într-un mod în impulsuri are un randament de până la 10 4 mA / W. impulsuri de curent catodica poate ajunge la câteva zeci de amperi sau chiar. Pentru impulsuri scurte catod este aproape nu sunt expuse la bombardament de ioni și tensiune anodică deci admis de 10-20 kV.
În plus față de catozi oxid utilizate recent noi tipuri sofisticate de catozi: toriu-oxid, sinterizate și altele.
direct catod încălzit este un fir sau bandă. Avantajul unor astfel de catozi - simplitatea dispozitivului și posibilitatea producerii lor pentru lămpile cu incandescență de putere mică de 10 mA sau mai puțin.
Catodul sub forma unui fir subțire după filamentul se încălzește rapid (în mai puțin de 1 secundă), care este foarte convenabil. Dezavantajul acestor catod - anodului parazitare ondulație curent atunci când sunt alimentate alternativ cu circuit de încălzire de curent. Dacă, de exemplu, curentul de filament are o frecvență de 50 Hz, curentul anod va frecventa pulsație de 50, 100, 150 Hz și așa mai departe. D. Acestea produc zgomot muffling și distorsionează semnalul util. La primirea pulsațiile acustice se manifestă dronă tipic - fundal curent alternativ. Există două cauze principale ale acestor fluctuații nocive.
Fig. 15.7. Ondulație temperatură catod încălzit direct atunci când sunt alimentate cu curent alternativ
Fig. 15.8. Indirect cathodes încălzite a - cilindric; b - disc
În primul rând, în catozii subțiri apar fluctuații de temperatură, deoarece capacitatea de masă și căldură catozilor sunt mici. Când curentul ajunge la o valoare de vârf, cea mai mare temperatură și temperatura de tranziție a curentului zero, prin cea mai mică (Fig. 15.7). Frecventa Temperatura pulsații este de două ori frecvența curentului de încălzire. Cu aceeași emisie de frecvență pulsează și curentul anodic.
Al doilea motiv de fond AC - suprafața catodului nonequipotential. Diferite puncte direct suprafețe încălzite cu catod au potențiale diferite, iar tensiunea de anod la aceste puncte este diferit. De aceea, pentru putere catod alternativ de tensiune anod curent pulseaza cu o frecventa a curentului de încălzire.
Un dezavantaj al lămpilor cu catozi cu filament subțire - așa-numitele microphonics. Acesta constă în faptul că șocurile externe provoacă o vibrație a catodului. Acest lucru duce la oscilație a curentului anodic. Datorită efectului microfonului este de multe ori o generație difuzor. În acest caz, undele sonore din lămpile difuzoarelor provoacă vibrații mecanice și oscilații ale curentului anodic, respectiv, care cad după ce a fost amplificat la difuzor. undele sonore cauzate afectează din nou lampa. Sunetul este generat oscilații neamortizate, sufoca semnalul util.
Utilizate pe scară largă catod încălzit indirect (heated-). De obicei un astfel de catod este un cilindru dintr-un strat de nichel de suprafață oxid. În interiorul unui încălzitor de Inserat tungsten (Fig. 15.8). Pentru a izola încălzitorul de la catod este acoperit corp ceramic din oxid de aluminiu - alumină.
Principalul avantaj al acestor catozi - lipsa pulsațiilor nocive de curent anodic atunci când alimentat de circuit de încălzire alternativ de curent. variații de temperatură există puține, deoarece masa, și, prin urmare, capacitatea termică la încălzit-catod este considerabil mai mare decât cea a catozilor încălzire directă. catod încălzit în are o inerție termică mare. Din momentul pornirii (oprit) curentul de încălzire pentru încălzirea completă (răcire) a catodului nevoie zeci de secunde. Pentru o perioadă sfert (0,005 secunde la o frecvență de 50 Hz), a temperaturii catodului nu are timp să se schimbe în mod semnificativ, și impulsuri de emisie.
Suprafața catodul încălzit indirect este echipotențiale. De-a lungul căderea de tensiune cu catod de nici un curent de încălzire. Tensiunea anodică pentru toate punctele suprafeței catodului este aceeași și nu pulseze când fluctuațiile de tensiune filament.
Lămpi Demnitate catodului cu încălzire indirectă, în plus, - slăbirea efectului microfonului. Greutatea catodului este relativ mare, și este dificil de a aduce la o stare de oscilație.
Comparativ cu filament catod catod încălzit indirect complicat și dificil de a proiecta un curent foarte scăzut. Prin urmare, acestea sunt mai puțin potrivite pentru luminile de economisire a energiei cu emisii reduse de putere, alimentat de o baterie.
În aparatul (de exemplu, pentru comunicare în ambele sensuri), care funcționează cu pauze și după fiecare rotire trebuie să acționeze imediat, este necesar lămpi cu catod încălzit indirect, pentru a menține tot timpul sub căldura. Acest lucru conduce la costuri energetice inutile și reduce durata de viață a lămpii. Aparate de radio portabile, lămpi alimentate de la baterii folosesc un catod încălzit indirect inconfortabil. Pentru a economisi energia bateriei sursă, în acest caz, este necesar pentru a opri receptorul lămpi de căldură atunci când funcționează transmițătorul și invers. Dar apoi, după pornirea de încălzire trebuie să aștepte 10 - 20 secunde, până când catozi razogreyut, care încetinește în mod semnificativ în jos conexiunea.
izolație între alumină incandescenta catod și încălzitorul nu poate rezista la tensiuni înalte. Rezistența la tensiune între catod și de încălzire este în mod tipic de 100 V, și numai pentru unele lămpi 2-300 V. În unele scheme catodică și sisteme de încălzire sunt potențiale foarte diferite. În cazul în care diferența lor depășește o tensiune limită care poate avea loc defalcare izolare catod - sisteme de încălzire și lampa nu reușește. Pericolul de defalcare dispare dacă catod este conectat la una dintre bornele încălzitorului.
Anodul lămpii presupune fluxul de electroni. Aceasta are loc bombardament de electroni anodului din care este încălzit. Mai mult decât atât, anodul este încălzit de către radiația termică a catodului. În funcționare starea de echilibru, cantitatea de căldură eliberată la anod, este egală cu cantitatea de căldură evacuată de la anod.
Este important ca anodul nu este încălzit peste limita de temperatură. Dacă supraîncălzirea gazelor anodice pot fi eliberate, iar apoi se deteriorează vidul. Este chiar posibil să se topească anod de la supraîncălzire. Mai mult decât atât, strălucitoare anod emite raze de căldură, care poate provoca supraîncălzirea catod.
La lămpi de putere mică și cea mai mare parte a puterii medii a lămpilor anodului are o răcire radiativ. Căldura este îndepărtată prin radiație anodului. Pentru a spori radiația termică crește aria suprafeței anodului (adesea prevăzut cu aripioare), și face un negru sau mat. Tuburile de putere medie și înaltă este uneori folosit forțat fluxul de aer de răcire. Concluzia anodului este prevăzut cu un radiator, care este suflat de un ventilator. La lămpi de mare putere de asemenea, fluxul de apă forțată aplicabilă anodului de răcire.
Diferite modele de grile (cilindrice, plane, etc.), prezentată în Fig. 15.9.
lămpi de lucru se deteriorează dacă grila fiind încălzit de un catod incandescent emite thermoelectrons. Pentru a elimina acest fenomen, conductorii de rețea sunt acoperite cu un strat de metal cu o funcție mare de lucru, cum ar fi aurul.
Pentru a gestiona eficient un fascicul de electroni, o grilă este foarte aproape de catod.
Vidul din tuburile este necesar în primul rând, deoarece catod cald în prezența aerului va arde. In plus, moleculele de gaz nu trebuie să interfereze cu zborul liber al electronilor. vid înalt în tuburi caracterizate prin presiune mai mică de 100 de uPA. În cazul în care vidul este insuficient, electronii care zboară lovesc moleculele de gaz și de a le transforma in ioni pozitivi care bombardeaza catod și distrug. Ionizarea gazului crește, de asemenea, decalajul și instabilitatea lămpii, și creează zgomot suplimentar.
evacuarea aerului preliminar produce o pompă de suport, apoi se continuă la o pompă de vid înalt. Mai mult, electrozii degazată prin încălzirea acestora la o căldură de roșu. Lampa este plasată într-un câmp magnetic alternativ care induce curenți turbionari în electrozi, care este din metal încălzit.
Pentru a îmbunătăți becul vid este plasat într-un getter (getter), de exemplu, o bucată de magneziu sau bariu. Când încălzirea lămpilor de mai sus și se evaporă getter Inductiv, după răcire, este depus pe bec de sticlă, care acoperă cu un strat reflectorizant (magneziu) sau maroniu-negru (bariu). Acest strat absoarbe gazele care pot să iasă în electrozi în timpul funcționării lămpii.
Dimensiunile cilindru ale lămpii depinde de capacitatea sa. Pentru temperatura cilindrului nu a devenit inacceptabil de mare, aceasta crește suprafața sa. Rezistența cel mai frecvent utilizate sticle de sticlă, dar ceramica este semnificativ mai mare căldură și rezistență mecanică.
(oțel) Baloane metalice au o mai mare durabilitate și asigură o ecranare bună a lămpii din câmpurile electrice și magnetice externe. Dar ei sunt foarte cald, iar acest lucru duce la supraîncălzire a electrozilor.
În ultimii ani, problema lămpilor cu cilindri metalici terminat.
În lămpi de tip vechi electrozii sunt montate pe tija de sticlă ca un tub, aplatizat la un capăt (fig. 15.10, a). In acest picior cositorite sârmă de metal având același coeficient de dilatare termică de sticlă. Capetele firelor de plumb-out sunt sudate cablurile la pinii de contact ale capacului.
titularii de electrozi montate în plăcile de mică sau ceramică izolatoare, astfel încât distanța dintre electrozi este fixat (fig. 15.10, b).