Частные уроки по физике

Термоэлектронные катоды
В современных электронных лампах применяется два типа катодов: однородные металлические катоды, состоящие из однородного вещества, чистого металла или сплава; эмиссионная способность их определяется исключительно свойствами самого металла, который должен выдерживать без заметного испарения высокие температуры и иметь устойчивую эмиссию в течение всего, срока службы.

Как показали исследования, этим условиям лучше всего удовлетворяют металлы вольфрам и отчасти тантал, из которых! в основном применяется вольфрам. Высокая работа выхода вольфрама вынуждает для получения достаточной эмиссии применять высокие температуры ( 2 400 2 600° К), что делает такие катоды мало экономичными.

Сердечником во всех катодах, за исключением, оксидного, служит вольфрам, изредка молибден. У оксидного катода в качестве сердечника применяются никель или специальные сплавы, а также бронзированный вольфрам. Вольфрамовый катод. Как упоминалось выше, в качестве материала для изготовления простых металлических катодов применяется в основном вольфрам.

По эмиссионным качествам он несколько уступает молибдену и танталу, но зато обладает весьма высокой температурой плавления при относительно удовлетворительной ковкости и тягучести. Это последнее качество дает возможность изготовлять из вольфрама очень тонкую и достаточно прочную проволоку. Так, например, в маломощных лампах применяются катоды диаметром от 0,008 mm, тогда как в мощных генераторных лампах диаметр катода может достигать 2 3 mm.

Так как вольфрам обладает большой работой выхода, то для получения значительной эмиссии вольфрамовый катод приходится нагревать до высокой температуры. В среднем рабочая температура его колеблется от 2400 до 2700° К (в зависимости от типа лампы). Это происходит потому, что при высоких температурах с поверхности катода начинается испарение вольфрама, вследствие чего диаметр катода постепенно уменьшается.

Наиболее сильное испарение происходит в его средней части, которая имеет обычно максимальную температуру (у концов катода температура всегда ниже из-за отвода тепла холодными держателями, в которых крепится катод). Температура этого участка постепенно изменяется, соответственно изменению сопротивления катода из-за уменьшения его сечения.

Время работы такого катода до полного перегорания, т. е. до нарушения его механической прочности, называется полным сроком службы катода. Но часто, задолго до полного перегорания, параметры катода (ток эмиссии) так сильно изменяются вследствие уменьшения диаметра, что лампа практически оказывается уже негодной к употреблению, хотя механическая прочность катода не нарушена.

Поэтому для характеристики работы вольфрамового катода обычно вводят понятие полезного срока службы, которым считается то время, в течение которого ток эмиссии его при постоянстве, падает до заданной наперед доли х от начальной величины. Величина М приводится в специальных таблицах в зависимости от рабочей температуры катода.

Мы рассчитывали долговечность катода, считая, что она определяется только уменьшением диаметре и постоянная а получилась независящей от температуры. Насколько сильно влияет изменение температуры на долговечности катода, можно показать на следующем примере. Из этого примера видно, что, повышение температуры накала всего на 50° G сокращает срок службы катода больше, чем в два раза. Поэтому в процессе работы режим катода должен поддерживаться возможно точнее.

Кроме температуры срок службы катода зависит от его диаметра, как видно из формулы (7,1)- чем больше начальный диаметр катода, тем выше может быть взята его рабочая температура. Так, например, в мощных генераторных лампах с d "4 -г- 2 mm, температура Катода может достигать 2 600 2 700° К без заметного уменьшения срока службы, который при нормальных рабочих температурах должен быть не меньше 1 000 h.

Срок службы однородного металлического катода может быть при надлежащем конструировании получен любой, но если поставить требование о наивыгоднейшем сроке службы, то его длительность для каждого катода будет вполне определенной.

В настоящее время вольфрамовые катоды применяются, главным образом, в мощных генераторных лампах с высокими напряжениями на аноде, так как активированные катоды при таких напряжениях быстро выходят из строя (разрушается их поверхностный "активный" слой). В маломощных лампах вольфрамовые катоды применяются только в специальных случаях, когда лампа предназначается для работы в измерительной схеме, где от нее требуется строгое постоянство параметров и тока эмиссии.

В обычных же приемно-усилительных лампах вольфрамовый катод вытеснен более экономичными активированными катодами. Конструктивно вольфрамовый катод представляет собой катод прямого (непосредственного) накала, в котором ток накала проходит по той же самой нити, которая является источником электронов в лампе.

Форма такого катода зависит от формы и размеров других электродов лампы. Так, например, в лампах с цилиндрическим анодом катод делается в виде прямолинейной нити, расположенной по оси анода и укрепленной при помощи специальных держателей. Катоды такой формы применяются, главным образом, в лампах с плоской конструкцией анода и сеток.

Она тем больше, чем выше температура Т и меньше работа выхода. Чем больше величина эффективности, тем больший ток эмиссии можно получить от катода при той же затрате мощности, т. е. тем более экономичным является катод. Величина эффективности зависит от рабочей температуры катода, возрастая с ее увеличением почти так же, как ток эмиссии с температурой.

При работе катода в лампе ток эмиссии его с течением времени уменьшается вследствие различных причин, которые подробно будут рассмотрены ниже. Если ток эмиссии уменьшается очень сильно, то это может вызвать существенное изменение всех остальных параметров лампы и сделать невозможной дальнейшую ее работу в аппаратуре.

Нужно, следовательно, установить какую-то минимальную величину тока эмиссии, при которой лампа еще может нормально работать. Часто называют долговечностью или сроком службы катода " тот промежуток времени работы его, в течение которого ток эмиссии сохраняет знамение не меньшее 80% от первоначальной величины.


Спонсор публикации: