Частные уроки по физике

Расчет катодов
Задачей расчета катода любого типа является определение его размеров (диаметра и длины) и рабочей температуры, необходимой для получения заданного тока эмиссии при заданных напряжении или токе накала и сроке службы. Достаточно точный теоретический расчет существует пока только для однородного металлического (вольфрамового) катода.

Для сложных катодов, неоднородных по своему составу, законченного метода расчета пока нет. Чтобы подойти к расчету реального вольфрамового катода, удобно сначала ввести понятие об идеальном катоде. Идеальным катодом, для которого. была выведена, формула, принято считать катод, имеющий одинаковую температуру по всей длине.

Предполагают, что при прохождении тока через оксидный слой начинается электролиз окиси бария. Образующийся при этом кислород удаляется из лампы, а ионы бария идут внутрь оксида к поверхности металлического сердечника, где присоединяют к себе электроны и превращаются в атомы бария. Срок службы оксидного катода составляет 1000, 1 500 К (иногда до 5 000 h и еще более) и определяется, как и у тарированного катода,

Целостью одноатомной пленки бария на поверхности, причем в случае потери эмиссии возможно ее частичное восстановление путем повторной активировки катода, так как оксидный слой делается обычно достаточно толстим с большим запасом окиси бария. Одной из отличительных особенностей оксидного катода является довольно значительная зависимость анодного тока от анодного потенциала, вследствие чего при увеличении анодного напряжения ток эмиссии все время увеличивается.

Объясняется это сильным и неравномерным по поверхности проявлением в оксидных катодах влияния электрического поля, так как" поверхность оксида в результате- механического способа его нанесения оказывается всегда очень шероховатой, с большим количеством бугорков и выступов, около которых легко образуются высокие градиенты электрического поля. Важно, что оксидный катод обладает различной эмиссионной способностью для длительного и кратковременного отборов эмиссионного тока.

Если у нагретого катода ток эмиссии не отбирается, то на поверхности катода накапливаются в значительном количестве активирующие его атомы бария, работа выхода становится очень малой, и при кратковременном отборе эмиссионного тока его плотность может достигать 30 A cm2 (в некоторых случаях до 150 A cm 2). Однако" прн этом атомы бария на поверхности катода теряют свои электроны, сами обращаясь в положительные ионы, которые электрическим полем в оксидном слое направляются внутрь катода к его сердечнику.

Поверхность катода при длительном отборе от него тока эмиссии обедняется барием, его работа выхода увеличивается, а эмиссионная способность понижается до нормальной величины в 0,2 -н 0,5 A cm2. Исключительно высокая эмиссионная способность оксидных катодов при кратковременном отборе тока носит название импульсной эмиссии и широко применяется в современных импульсных ультракоротковолновых лампах. Явление "саморазогрева" возникает при низких температурах ( недокале) катода я при высоких анодных напряжениях.

Дело в том, что при низкой температуре оксидный слой обладает большим сопротивлением и наибольшее количество тепловой энергии от прохождения анодного тока выделяется в тех местах, где толщина слоя наибольшая. Повышение температуры увеличивает ток эмиссии с таких мест, вследствие чего температура повышается еще-больше и очень легко может произойти разрушение катода на таком перегретом участке.

Другим и, пожалуй, самым существенным недостатком оксидного катода является беспрерывное испарение с его поверхности окиси бария и чистого бария, которые осаждаются "а поверхности других электродов (анодов, сеток), ч.ем уменьшают их работу выхода и изменяют конта1ктные потенциалы Между электродами лампы, что может вызвать ряд вредных для работы лампы явлений (например, явление термоэлектронной и вторичной эмиссии анода и сеток, смещение характеристик и т. п.).

Из-за этих недостатков оксидный катод до последнего времени не применялся в мощных генераторных лампах, работающих с высоким анодным напряжением. В электронных лампах оксидный катод выполняется или в виде катода прямого накала, или в виде подогревного катода (косвенного накала). Оксидный катод прямого накала выполняется, как и другие типы катодов, в виде нити или узкой ленты, в форме прямого проводника" петли или спирали, покрытых оксидом.

Оксидный катод косвенного накала (подогревный) был впервые предложен в 1918 г. академиком А. А. Чернышевым и принципиально отличается от катода прямого накала тем, что в этом случае ток накала проходит по специальному подогревателю (обычно это вольфрамовая проволока), изолированному от сердечника катода. При накаливании проволоки разогреваются изолятор и надетый на нем никелевый цилиндр, покрытый оксидом, который собственно и является катодом. Вольфрамовая НИТЬ не участвует в эмиссии электронов и служит только для разогрева катода.

Недостатком такой "конструкции является сравнительно большая тепловая инерция ее из-за большой массы нагреваемых тел, а также то обстоятельство, что при высоких температурах накала фарфор теряет своя изоляционные свойства. Поверхность катода при длительном отборе от него токи эмиссии обедняется барием, его работа выхода увеличивается, а эмиссионная способность понижается до нормальной величины в 0,2 -н 0,5 A cm2.

Исключительно высокая эмиссионная способность оксидных катодов при кратковременном отборе тока носит название импульсной эмиссии и широко применяется в современных импульсных ультракоротковолновых лампах. Явление "саморазогрева" возникает при низких температурах (недокале) катода я при высоких анодных напряжениях.

Дело в том, что при низкой температуре оксидный слой обладает большим сопротивлением и наибольшее количество тепловой энергии от прохождения анодного тока выделяется в тех местах, где толщина слоя наибольшая. Повышение температуры увеличивает ток эмиссии с таких мест, вследствие чего температура повышается еще больше и очень легко может произойти разрушение катода на таком перегретом участке.

Другим и, пожалуй, самым существенным недостатком оксидного катода является беспрерывное испарение с его поверхности окиси бария и чистого бария, которые осаждаются "а поверхности других электродов, ч.ем уменьшают их работу выхода и изменяют контактные потенциалы Между электродами лампы, что может вызвать ряд вредных для работы лампы явлений (например, явление термоэлектронной и вторичной эмиссии анода и сеток, смещение характеристик и т. п.).

Из-за этих недостатков оксидный катод до последнего времени не применялся в мощных генераторных лампах, работающих с высоким анодным напряжением. Но в области приемно-усилительных ламп, ионных и электронно-лучевых приборов оксидный катод получил самое широкое применение и благодаря своей высокой экономичности почти полностью вытеснил все остальные типы катодов. В электронных лампах оксидный катод выполняется или в виде катода прямого накала, или в виде подогревного катода (косвенного накала).

Для ионных приборов часто применяется катод в виде широкой гофрированной или сойрализов анной ленты. Оксидный катод косвенного накала (подогревный) был впервые предложен в 1918 г. академиком А. А. Чернышевым и принципиально отличается от катода прямого накала тем, что в этом случае ток накала проходит по специальному подогревателю (обычно это вольфрамовая проволока), изолированному от сердечника катода.

Существуют различные конструкции подогревных катодов. Чаще всего подогревный катод выполняется в виде покрытого оксидом никелевого цилиндра, надетого "а изолирующую трубочку, например, фарфоровую, внутри которой помещается вольфрамовый подогреватель проволока. При накаливании проволоки разогреваются изолятор и надетый на нем никелевый цилиндр, покрытый оксидом, который собственно и является катодом. Вольфрамовая НИТЬ не участвует в . эмиссии электронов и служит только ДЛЯ разогрева катода.

Недостатком такой -конструкции является сравнительно большая тепловая инерция ее из-за большой массы нагреваемых тел, а также то обстоятельство, что при высоких температурах накала фарфор теряет своя изоляционные свойства. Поэтому в новейших конструкциях фарфоровая изоляция замешена более совершенной алундом (А120з), из которого приготовляется тестообразная масса. Эта масса наносится на вольфрамовую проволоку, имеющую вид спирали юли петель, которая помещается затем в качестве подогревателя внутрь никелевой оболочки, покрытой оксидным слоем.

Базированный катод отличается от оксидного только процессом получения активного слоя! бария "а поверхности, но принцип действия у них один и тот же. Если в оксидном катоде активный слой получается путем нанесения слоя карбонатов и диффузии Металлического бария на поверхность, то в барированном катоде, наоборот, барий попадает "а металлическую подкладку в виде атомов И там уже превращается частично в окись бария.

Из готовой проволоки делают катод, который монтируется в лампу. Термитная таблетка прикрепляется к аноду таким образом, чтобы при нагревании выделяющийся барий испарялся и основном а сторону катода. В результате поверхность аитн покрывается тонким слоем окиси бария, содержащей многочисленные вкрапления атомов .бария; та поверхности этого слоя образуется активная одноатомная пленка бария.

Барированный катод применяется в некоторых маломощных приемно-усилительных лампах. В настоящее время этот тип катода ее более вытесняется оксидным по причине лучших эмиссионных свойств последнего, большей устойчивости и более простой технологии изготовления. В заключение приведем сводную таблицу пределов, которых лежат средние значения основных рабочих параметров рассмотренных выше типов катодов.


Спонсор публикации: