Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 16
Текст из файла (страница 16)
ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА КАТ42ДЕ а) Принципиальное устройство катоде Работа катода в большой степени зависит от его геометрической конфигурации. Следовательно, важно понять довольно сложное устройство катода, применяемого в люминесцсптных лампах, удовлетворяющего всем На рнс. 4-4 показаны основные конструкции электродов нз вольфрамовой проволоки, которые представляют собой вольфрамовую спираль, состоящую из витков тонкой проволоки (первичной), навитой вокруг проволоки большого диаметра (керна). Эта первичная спираль навивается повторно (вторнчная спираль). Когда вторичная спираль навивается еше раз, тогда она называется Рпс. 4-4.
Фотографии трпсппральвого катода, смонтяровап ного па стеклянной ножке (а), трпспкральпого катода с покрытяем (покрытне кажется темным пз-за опознавательной краски, которая затем удаляется) (б) и электродного узла, снабженного «усами», которые прикрепляются к электроду для собяраппя части аподпого тока, чтобы предотвратить перегрев эмпттпрующего покрытия (в настоящее время «усы» прпменя. ются только в высоконптепсяв. яых лампах) (в).
противоречивым требованиям к нему. Катод использует термоэлектронную эмиссию щелочноземельных окислов и должен удерживать этн окислы на месте, даже когда они подвергаются действию высоких температур при зажигании. Иногда применяются довольно сложные для изготовления «корзинки» нз вольфрамовой проволоки, которая служит и для закрепления эмиссионного покрытия и в некоторых схемах для нагревания покрытия при прохождении тока через вольфрамовую проволоку.
84 Рпс. 4-5. Фотография поперечного сечения катода. Сечение выпол. пено в плоскости, перпендикулярной к оск втори пюй спирали, которая направлена на северо-восток, Ось этой спирали находится позади плоскости фотографии и указывает па северо-запал. А — поперечное сечение вольфрамового проволочного керна;  — первнчаая спнрвль, невнтвп нв керн; С вЂ” нвтолное понрмтне (смесь океанов бария, стронцнн а кальция). триспираль [Л.
4-1), она показана на ножке до нанесения покрытия на рис. 4-4,а, а на рис. 4-4,б — эта же спираль после нанесения покрытия. В некоторых конструкциях используется биспираль. При изготовлении лампы внешний Ирай тарелочки приваривается к концу трубки для образования вакуумноплотного сная. На рис. 4-4,в показана пара дополнительных электродов. Эти электроды необходимы в некоторых лампах для увеличения площади поверхности анода, чтобы уменьшить долю энергии, принимаемой по- ЕЕ крытой спиралью, иначе спираль будет очень перегреваться.
На Ри.. 4-5 представлено поперечное сечение покрытой оксидом спирали. Вольфрамовая проволока играст Роль арматуры для удержания н прочного закрепления эмиссионного материала. Здесь представлено сечение вторичной спирали, ось которой находится в плоскости фотографии и направлена приблизительно на северо- восток. Разные изготовители прньзспяют катодпыс покрытия разлн шых составов. Этп составы предназначены для уменьшения потемнения концов лампы из-за испарения или других изменений эмиссионного материала и максимального увеличения срока службы электродов. Фирма «Сильвания» («611уап(а») прибавляет небольшой процент дгОй к эмиссионному покрытию 1Л.
4-21. Точная функция этой присадки в физике и химии покрытия неизвестна, но со времени ее открытия применение этой присадки уменьшает примерно в 3 раза испарение бария с катода и примерно на столько же увеличивает срок службы ламп. Существуют определенные разногласия среди конструкторов люминесцентных ламп относительно действительного источника электронной эмиссии с катода люминесцентной лампы. Некоторые (в том числе и автор данной книги) утверждают, что она происходит с поверхности активированного оксидного покрытия, расположенного между витками вольфрамовой проволоки. Другие придерживаются мнения, что оксид служит просто источником металлического бария, который напыляется на поверхность вольфрамовой проволоки, образуя монослой бария для уменьшение работы выхода вольфрама. На рис.
4-6 представлена фотография, подтверждающая мнение автора. Этот катод Работает в разряде постоянного тока при низком давления около 0,1 Па (10 — ' мм рт. ст.). В этих условиях электроны, проникающие сквозь катодную пленку и появляющиеся в области отрицательного свечения с энергией, равной катодному падению, имеют относительно большую длину свободного пробега, предшествующего возбуждению или неупругому соударению; нх траектории представляют собой приблизительно прямые линии из точки их вылета.
Эти прямолинейные следы становятся видны при воз- 88 б ждении атомов газа электронзм и. Если по этим сле- б тном направлении к поверхности кад ам пройти в о ра тода, то можно о наруж б жить место возникновения электронов на поверхности катода. Н ис. 4-6,о, где имеет место свечение самого раза рис. -,о, ато а, видны яда окол оло центра активного сегмента к д, .
Э и два трека направлены в сторону два пучка света, «ти с ис. 4-6,6, где нзонаблюдателя. Сравнение рис. 4-6,а с рис. —,, где у. Рис 4-6. Фотографии разряда на катоде при очень низком давлении, о — фотография, снятая прн свате разрзда, «у л ч сине, вызываемое прохожяеиием злектранав с знергие кето д и я я ых линн ( в сторону, откуда он первоначальна ~спу~~ж чка в верхнай половиие пеней а имеют направление в старо иагоиальные пучки больше соответ ств ют елим светов тия, чем тсмнын частям валь ра ма; — та же отогра я, ария, но с дополвиода преил~уюествегь тельным освещением, пакззыза юп ая, что злектраны с кат .
ежду витками вальф- на излучаются с участков покрытия. р асполажеиных между Рамазан проволоки, чем с вольфрамовая проволоки, пакр т бражено то же самое, но с дополните льным внешним подсвечнванием, показывает, что начал альные точки этих треков более соответствуют белым, покр к ытым оксидом участкам, чем темным или блестящим р позе хностям проволоки. Следовательно, электроны пред п е почтительно излучаются с участков оксидного покрытия, р ти, асположен- ных между витками проволоки, чем с во р .
воль ама, покры- того монослоем бария б) Основной негодный механизм Опишем основной катодный механизм следующим ~бравом. При рабочей температуре катод имеет опреде~~~ную термоэлектронную эмиссию при нулевом электрическом поле. Эта способность эмиттировать электроны Усиливается (с коэффициентом от 2 до 2 о 100 под действием скоряющих полей на поверхности ве хности катода м у 87 ран т ' р ющес поле создаетс ионным прост 1Л. 4-3). Это уско яю е ственным зарядом в катодной оболочке на катод.
чнвается при наличии ионного ток; Ион оны, достигающие катода, образ ются в отрицательного свечени , о разуются в область чения электронами, око е и «ипжектируется» в отр ем опо создастся па катодпо" и пленке) приблизительно ~равной . ' . . па » в отрицательное свечспис с Ио ы, образованные в области о и те вной полному катодпом па нов, ускоренных катодным падением. тодного падения; подво ом арднруют его с почти полной эне й энергией каодводимая ионами к като, Та ким образом, основной оп е еля тодного падени пределяющей ролью ка- ние суммарног б я и температуры като да является созда- щего из эмиссионно- создаваемого положите к ряющсго поля, жительными ионами) и иопно ионна го тока катода, разме ов гцью вычислений катодного падения и циала, что: , р ров толщины пленки потен!) ускоряющие поля на катоде слишк создании сколь-либ лишком малы для о заметной эмиссии поля; ) все известные типы вторичной незначнтельнь " гй электронный ток п и з р ой эмиссии вызывают пусках на коэффи р значительных до- 3 ициенты вторичной эмиссии; ) необходимо увеличивать нулевое пол тронной эмиссии за счет у евое поле термоэлекг за счет ускоряющих полей, что по- тверждается известными свойствам то под- (Л.
4-3). йствамн оксидных катодов в) Основные уравнения описываю I щие процессы иа:катоде Система из пяти уравнений описывает п о ес катоде в разряде с горячим катодом * ' Разряд с иатодным падением, приблизительно а ие циалу ионизации газа, назыааетс рионачально применялся только и а ааетси се час дугой, хотя ленни. с только и разрядам ири высоком даа- 88 1=1,+1; (4-3) 1 (т„)М(Е„, Т,); (4-За) Т„ЬРы 1Га 1,и, 1Ф.)' (4-зб) Е„=р(1 (1 ): (4.3в) 1 =де((1„)1 . (4-Зг) Уравнение (4-3) есть у~равнение непрерывности тока, утверждающее, что общий катодный ток 1 равен сумме ионного тока к катоку 1„ и полного электронного тока, эмиттируемого катодом 1 .
Уравнение (4-За) описывает термоэлектроппую эмпссиго катода под влиянием ускоряющих полей. Общая электронная эмиссия представляет эмиссию при нулевом поле 1,(Т,), помноженную на множитель М, который в свою очередь является функцией ускоряющего поля на поверхности катода Е« и температуры катода Т„. Выражение (4-Зб) связывает температуру Тн с мощностью нагрева катода Р„; джоулевыми потерями 1»11, где Р— сопротивление катода; мощностью, приносимой попами 1+(1гь где (1и — катодное падение; потерями на охлаждение катода за счет эмиссии электронов 1с(г,ь где с)ги — работа выхода катода, Ускоряющее поле у поверхности катода является функцией ионного тока 1ь и катодного падения (1и уравнение (4-За).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
