Вибропрочность катода зависит от процентного содержания присадки окиси тория и степени карбидирования. В соответствии с этими требованиями диаметр нити должен быть не менее 80 мкм. В случае когда диаметр получается в пределах от 0,08 до 0,15 мм, в качестве материала нити выбирают торированный вольфрам марки ВТ-7 либо ВТ-10 (содержание окиси тория примерно от 0,7 до 1,0 %). При большем диаметре можно использовать торированный вольфрам марки ВТ-15 (содержание окиси тория более 1,5 %). Высокий процент карбидирования и большое содержание тория обеспечивают большой срок службы катода, но одновременно – низкую вибропрочность конструкции. Малый процент карбидирования целесообразен для ламп, рассчитанных на малый срок службы, но предназначенных для работы в тяжелых механических условиях. Оптимальным вариантом чаще всего считается (30 – 40)%-е карбидирование.
Основными достоинствами оксидных катодов являются низкая рабочая температура (1000...1150 К) и высокая эффективность. Оксидные катоды выполняются преимущественно подогревной конструкции (рис. 3). Это обеспечивает высокую вибропрочность и возможность создавать конструкции с очень малым расстоянием сетка - катод. Кроме того, в приборах импульсного режима при длительности импульсов менее 10 мкс оксидные катоды допускают высокую плотность токоотбора. Эмиссионные свойства оксидных катодов обеспечиваются полупроводниковой структурой окиси бария с донорной примесью атомарного бария. Формируется данная структура разложением двух– либо трехкарбонатного покрытия щелочно-земельных металлов (соответственно BaCO3, SrCO3 и CaCO3 либо BaCO3 и SrCO3) до состояния чистых окислов (в первую очередь BaO) с последующим частичным восстановлением окислов до появления атомарного бария, образующего донорный уровень в окисле. Покрытие из карбонатов наносится на металлическую основу – керн катода. В случае подогревного катода в качестве керна используется чаще всего никель с различными активирующими присадками.
Для обеспечения рабочей температуры катодов косвенного накала используется подогреватель, который выполняется из вольфрама либо сплавов вольфрама с другими тугоплавкими металлами (молибден, рений). Для исключения коротких замыканий между различными участками нити и между нитью и керном катода нить подогревателя покрывается диэлектрическим материалом из окиси алюминия (алундом). После операции формовки подогреватель помещается внутрь керна и надежно закрепляется в цилиндрических конструкциях с помощью специальных вкладышей, выполняющих одновременно функцию тепловых экранов, в плоскопараллельных лампах – удерживается за счет плотной укладки. В том и другом случае один из концов подогревателя обычно соединяется точечной сваркой с керном.
Термоэмиссионные свойства оксидных катодов характеризуются низкой стабильностью и большой неоднородностью от образца к образцу. Тепловой режим элементов конструкции подогревных катодов отличается очень сложными условиями теплообмена с керном. В силу указанных особенностей расчет подогревного оксидного катода выполняется только приближенными методами.
Вначале рассчитывается площадь активной поверхности F0.
В лампах, работающих в непрерывном режиме,
F0 = Ia0/j0 , (30)
где j0 - допустимая плотность тока в непрерывном режиме (для генераторных триодов j0 = 0,05...0,25 А/см2).
В случае импульсных модуляторных ламп
F0 = Iaи/jи , (31)
где jи – допустимая плотность тока в импульсном режиме. При tи < 10 мкс jи = 0,5...2 А/см2 (если tи > 10 мкс, применяют обычно катоды из карбидированного торированного вольфрама).
Из конструктивных соображений выбираются форма электродов (плоскопараллельная либо цилиндрическая) и соотношение размеров.
При выборе высоты ho и радиуса катода rк в случае лампы цилиндрической конструкции следует учитывать, что при больших поперечных размерах улучшаются условия теплоотвода от сеток за счет теплопроводности, улучшается вибропрочность, но ухудшается экономичность прибора вследствие больших потерь излучением с торцевых сторон поверхности катода и большого теплоотвода теплопроводностью по держателю.
При больших значениях ширины катодов плоской конструкции ℓк увеличивается перепад температуры по длине витков сетки теплопроводностью, ухудшаются формоустойчивость и вибропрочность сеточного узла. При малых значениях ℓк увеличивается перепад температуры по траверсам (см. раздел 8). Секционирование катодно-сеточных блоков обеспечивает комплексное решение указанных особенностей. Для секционированного варианта вместо F0 в последующих расчетах должно использоваться F0/Nc ( Nc - количество катодно-сеточных блоков).
Найденное значение высоты оксидного слоя ho рассматривается как высота h электродной системы.
При выборе высоты участков, не покрытых оксидом h’, следует учитывать условия закрепления катода плоской конструкции в изоляторах и особенности технологии нанесения оксида. Выбор толщины катода 2xк для приборов плоскопараллельной конструкции определяется условиями размещения подогревателя.
После определения элементов конструкции катода рассчитываются суммарная площадь участков никелевого керна FNi , не покрытых оксидом, и площадь открытых торцов Fт (для плоского катода).
С учетом предположения, что вся подводимая к катоду мощность отводится только излучением, рассчитывается мощность накала
Pf = eоs F0Tк4 + e Ni s FNi Tк4 + sFт Tк4 , (32)
где eо – коэффициент излучения оксида (в зависимости от особенностей технологии нанесения оксидного покрытия может изменяться от 0,28 до 0,35); eNi = 0,15 – коэффициент излучения никелевых участков; Tк – температура катода, выраженная в градусах кельвина; s = 5,7×10-12 Вт/(см2∙К4) – постоянная Стефана–Больцмана.
Заключительным этапом является расчет диаметра dn и длины Ln нити подогревателя. Ввиду большого разнообразия конструктивного исполнения катодов косвенного накала не удается составить универсальные и строго обоснованные расчетные соотношения. Приемлемые для практического использования соотношения построены на предположении, что теплообмен между подогревателем и керном обеспечивается в основном излучением, а изоляционное покрытие подогревателя – алунд прозрачен для тепловых лучей. В этом случае справедливыми получаются следующие полуэмпирические расчетные соотношения
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.