И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Катод прямого накала при этом нередко «перегорает», т. е. вблизи одного из очагов перегрева основной металл катода плавится. Это явление объясняется следующими особенностями: 1. У оксидного слоя, как и у всех полупроводников, при повышении температуры сопротивление уменьшается. 2. Вследствие большого сопротивления оксидного слоя его нагрев катодным током соизмерим с нагревом от тока накала. 3. Различные участки оксидного слоя неодинаковы по сопротивлению и эмиссионной способности. Катодный ток распределяется так, что на участки с меньшим сопротивлением и большей эмиссионной способностью идут большие токи. На этих участках нагрев усиливается, уменьшается сопротивление, увеличивается выход электронов и происходит.
дальнейшее возрастание тока. Такое явление наблюдается при недо- кале, если катодный ток велик. Возникновению очагов перегрева также способствует ионная бомбардировка катода. При нормальном режиме накала и без перегрузки катодным током оксидный катод обладает большой долговечностью. Его широко используют в приемно-усилительных и генераторных .лампах малой и средней мощности, в электронно-лучевых трубках, в лампах 0 !00 200 300 «00 ы«с Рис. !5.6. Зависимость эмиссии оксидного катода от длительности импульса аиодипго тока для импульсной работы и многих других приборах.
В импульсном режиме эмиссия оксидного катода может быть во много раз сильнее, нежели в режиме непрерывной работы. Она происходит под действием сильного внешнего электрического поля, т. е. представляет собой сочетание электростатической эмиссии с термоэлектронной. Однако с течением времени такая эмиссия быстро ослабевает(рис.15.6). Говорят, несовсемудачно, что сверхвысокая эмиссия «отравляет» ' оксидный катод. «Отравление» прекращается, если катод «отдохнет». Тогда он восстанавливает свою эмиссионную способность и может снова дать на короткое время большой выход электронов.
Это объясняется тем, что в оксидном слое должно накопиться достаточное число электронов. Длительность импульсов эмиссионного тока обычно не более 20 мкс. Оксидный катод в импульсном режиме имеет эффективность до 104 мА/Вт, Импульсы катодного тока могут достигать единиц и даже десятков ампер. При коротких импульсах катод почти не подвергается ионной бомбардировке, и поэтому допустимо анодное напряжение !Π— 20 кВ. Помимо оксидных катодов в последнее время применяются сложные катоды новых типов: ториева-аксидные, синтерираванпые !губчатые) и др. Катоды прямого накала представляют собой проволоку или ленту. Достоинство таких катодов — простота устройства и возможность их изготовления для самых маломощных ламп на ток накала 10 мА и меньше.
Катод в виде тонкой проволоки после включения накала быстро разогревается (за время менее 1 с), что весьма удобно. Недостаток этих катодов — паразитные пульсации анодного тока при питании цепи накала переменным током. Если, например, ток накала имеет частоту 50 Гц, то в анодном токе будут пуль- ' Правильнее говорить об «истощении» или «утомлеиии» катода. Н Н Рис. !5.8. Катоды косвенного накала: ив цилиндрический; б— дисковый 214 сации с частотой 50, 100, !50 Гц и т. д.
Они создают помехи, искажая и заглушая полезный сигнал. При слуховом приеме эти пульсации проявляют себя характерным гудением — фоном переменного тока. Имеются две основные причины таких вредных пульсаций. Во-первых, у тонких катодов возникают пульсации температуры, так как масса и теплоемкость этих катодов малы. Когда ток достигает амплитудного значения, температура наивысшая, а при переходе тока через нуль температура наиболее низкая (рис.
15.7). Частота пульсаций температуры равна удвоенной частоте тока накала. С такой же частотой пульсирует эмиссия и анодный ток. Вторая причина фона переменного тока — неэквииотенциальиосгнь иоеерхиости катода. Разные точки поверхности катода прямого накала имеют разные потенциалы, и анодное напряжение для этих точек различно. Поэтому при питании катода переменным током анодное напряжение пульсирует с частотой тока накала. Недостаток ламп с тонкими катодами прямого накала — так называемый зьикрафоиный эффект. Он состоит в том, что внешние толчки вызывают вибрацию катода.
Это приводит к пульсациям анодного тока. За счет микрофонного эффекта нередко возникает акустическая генерация. В этом случае звуковые волны от громкоговорителя вызывают механические колебания лампы и соответственно колебания анодного тока, которые после усиления попадают в громкоговоритель. Возникшие звуковые волны снова воздействуют на лампу.
Происхо- Рис. 15.7. Пульсации температуры катода прямого накала при питании переменным током дит генерация незатухающих звуковых колебаний, заглушающих полезный сигнал. Широко применяются катоды косвенного накала (подогревные). Обычно такой катод представляет собой никелевый цилиндрик с оксидным поверхностным слоем. Внутрь вставлен вольфрамовый подогреватель (рис. 15.8). Для изоляции от катода подогреватель покрывается керамической массой из оксида алюминия — алундом. Главное достоинство этих катодов— отсутствие вредных пульсаций анодного тока при питании цепи накала переменным током.
Колебаний температуры практически нет, так как масса, а следовательно, и теплоемкость у подогревных катодов значительно больше, нежели у катодов прямого накала. Катод косвенного накала обладает большой тепловой инерцией. От момента включения (выключения) тока накала до полного разогрева (остывания) катода нужны десятки секунд. За четверть периода (0,005 с при частоте 50 Гц) температура катода не успевает заметно измениться и эмиссия не пульсирует. Поверхность катода косвенного накала является эквииотенциаяьной. Вдоль катода нет падения напряжения от тока накала.
Анодное напряжение для всех точек поверхности катода одно и то же и не пульсирует при колебаниях напряжения накала. Достоинство ламп с катодами косвенного накала, кроме того, — ослабление микрофонного эффекта. Масса катода сравнительно велика, и его трудно привести в состояние колебаний.
По сравнению с катодами прямого накала катоды косвенного накала сложнее, и их трудно сконструировать на очень малые токи. Поэтому они менее пригодны для маломощных эконоыичных ламп, рассчитанных на питание от батарей. В аппаратуре (например, для двусторонней связи), которая работает с перерывами и после очередного включения должна сразу же действовать, приходится лампы с катодами косвенного накала держать все время под накалом. Это приводит к лишним затратам энергии и сокращению срока службы ламп. В переносных радиостанциях с батарейным питанием применение ламп с катодом косвенного накала неудобно. Для экономии энергии источников питания в этом случае надо выключать накал ламп приемника при работе передатчика и наоборот, Но тогда после включения накала надо ждать 10 — 20 с, пока не разогреются катоды, что значительно замедляет связь.
Накаленная алундовая изоляция между катодом и подогревателем не выдерживает высоких напряжений. Предельное напряжение между катодом и подогревателем составляет обычно 100 В и лишь для некоторых ламп 200 — 300 В. В ряде схем катод и подогреватель имеют весьма различные потенциалы. Если их разность превысит предельное напряжение, то может произойти пробой изоляции катод †подогревате и лампа выйдет из строя. Опасность пробоя исчезает, если катод соединен с одним из выводов подогревателя. 15.6. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП Анод лампы принимает на себя поток электронов. Происходит электронная бомбардировка анода, от которой он нагревается.
Кроме того, анод нагревается от теплового излучения катода. В установившемся режиме количество теплоты, выделяющееся на аноде, равно количеству теплоты, отводимому от анода. Важно, чтобы анод не нагревался выше предельной температуры. При перегреве из анода могут выделяться газы, и тогда ухудшается вакуум.
Возможно даже расплавление анода ' от чрезмерного перегрева. Кроме того, раскаленный анод испускает тепловые лучи, которые могут вызвать перегрев катода. У ламп малой мощности и большинства ламп средней мощности анод имеет лучистое охлаждение. Теплота отводится излучением анода. Для усиления теплового излучения увеличивают площадь поверхности анода (часто снабжают ребрами) и делают ее черной или матовой. В лампах средней и большой мощности иногда применяется принудительное охлаждение потоком воздуха. Вывод анода снабжается радиатором, который обдувается вентилятором. У ламп большой мощности применяется также принудительное охлаждение анода проточной водой. Различные конструкции сеток (цилиццрическая, плоская и др.) показаны на рис.
15.9. Работа ламп ухудшается, если сетка, нагреваясь от накаленного катода, начинает испускать термоэлектроны. Для устранения этого явлении проводники сетки покрывают слоем металла с большой работой выхода, например золота. Чтобы эффективно управлять электронным потоком, сетку располагают очень близко к катоду. Вакуум в лампах необходим прежде всего потому, что накаленный катод при наличии воздуха сгорит. Кроме того, молекулы газов не должны мешать свободному полету электронов. Высокий вакуум в лампах характеризуется давлением менее 100 мкПа.
Если вакуум недостаточный, то летящие электроны ударяют в молекулы газов и превра- шают их в положительные 'ионы, которые бомбардируют и разрушают катод. Ионизация газов увеличивает также инерционность и нестабильность 2!5 Сетка 216 работы лампы и создает дополнительные шумы'. Предварительную откачку воздуха производят форвакуумными насосами, затем продолжают высоковакуумными насосами. Кроме того, обезгаживают электроды путем нагрева их до красного каления.
Лампу помещают в переменное магнитное поле, индуцнрующее в электродах вихревые токи, которые разогревают металл. Для улучшения вакуума в лампу помещают газопоглотитель (геттер), например кусочек магния или бария. При разогреве лампы указанным выше индукционным способом газопоглотитель испаряется н после охлаждения оседает на стекле баллона, покрывая его зеркальным слоем (магний) или коричневато- черным (барий). Этот слой поглощает газы, которые могут выделиться из электродов' в процессе работы лампы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
