|
| |
|
Главная Журналы Физически это можно представить себе так: мощность, расходуемая анодной батареей на перемещение электронов в анодной цепи, почти полностью расходуется на перемещение электронов на участке катод - анод. В конце своего пути электроны приобретают большую кинетическую энергию и с большой силой бомбардируют анод, что приводит к его нагреванию. Кинетическая энергия переходит в тепловую энергию, рассеянную на поверхности анода. Поэтому мощность называют мощностью рассеяния на аноде. Она равна произведению анодного тока на анодное напряжение: Таким образом, особенностью электронной лампы является то, что в отличие от проводника, где нагревание происходит но всей его длине, в электронной ламне местом потребления мощности и выделения тепла является только анод. Мощность рассеяния на аноде - важнейший параметр электронной лампы. В паспорте лампы всегда указывается максимально допустимая мощность рассеяния на аноде. Дело в том, что при сильном нагревании из материала анода выделяются так называемые окклюдированные газы,- частицы газов, всегда имеющиеся в порах металла и которые не были удалены при откачке лампы. Выделение окклюдированных газов приводит к ухудшению вакуума внутри баллона ламны и возникает опасность ионизации этих газов. Ионизацию легко заметить но характерному фиолетовому свечению ламны. При этом может произойти резкое увеличение анодного тока, расплавление анода, разрушение катода и выход ламны из строя. Температура и устройство катодов электронных ламп. Рассматривая зависимость анодного тока от анодного напряжения, мы говорили, что напряжение накала устанавливается в соответствии с указанным в наснорте ламны. Действительно, эмиссия электронов с катода начинается только при нагревании катода до какой-то онре-деленноп температуры и возрастает непропорционально с ее увеличением. График зависимости излучения электронов от тел1не-ратуры для вольфрамового катода показан на рис. 11-10, где но горизонтальной оси отложена температура катода, а по вертикальной оси - электронный ток эмиссии. Рабо-  чая температура вольфрамового катода 2400° С; при более высокой вольфрам быстро испаряется и срок службы катода резко сокращается. Высокая рабочая температура вольфрамового катода и малая экономичность (отношение, показывающее, сколько миллиампер тока насыщения приходится на каждый ватт мощности, затрачиваемой на накал катода: Н=у- ) ограничивают применение вольфрамового катода для маломощных ламп. Разработаны более экономичные оксидные катоды, которые получили широкое распространение. Оксидный катод устроен следующим образом: вольфрамовая проволока (керн) покрывается тонким слоем сплава меди с алюминием. Сверху слоя нанесен оксидный слой бария. Катоды с таким устройством обладают большим сроком службы (1500-2000 час) и большой экономичностью (80 мавт) при сравнительно низкой температуре катода (650-850° С). Существуют два способа накала катодов: прямой и косвенный, или подогревный. Катод прямого накала представляет собой нить, которая накаливается проходящим по ней током накала. Катоды прямого накала имеют тот недостаток, что в большинстве случаев их невозможно питать переменным током. Изменения величины тока накала, как правило, влекут за собой изменения тока эмиссии и анодного тока, что при работе лампы в схеме усилителя приводит к появлению мешающего шума - фона неременного тока. Подогревные катоды позволяют использовать переменный ток для питания накала лами, который легко трансформируется и не требует дорогостоящих и громоздких батарей или аккумуляторов, как в случае питания постоянным током. 5стройство подогревных катодов показано на рис.11-11. Это либо фарфоровый цилиндрик с двумя отверстиями, через которые продернута нить накала, либо нить накала, которая покрывается тестообразной массой из алундового порошка (алундовый катод) и высушивается. Сверху надевается катод, обычно оксидный. Подогрев- Рис. 11-10. График зависимости излучения электродов от температуры для вольфрамового катода ные катоды имеют большую поверхность и большой срок службы. Маломощные диоды называют кенотронами и используют в технике звукового кино. Кенотроны чаще всего бывают двуханодными в виде лампы со стеклянным или металлическим баллоном, укрепленным на цоколе из -Нить нанала ft], I Никелевый цилиндр11К Катод-Оксидный слой  арфоровая втулка Вывод катода -Выв 1воды накала  Рис. П-И, Устройство иодогревны.х ьатодов (о) и усчовпое обозначение подогревного ьатода (б) изоляционного материала. Цоколь имеет метал.чи-ческие штырьки, которые вставляются в ламповую панель для соединения с элементами схемы. Основные технические данные некоторых кенотронов приведены в табл.3. Таблица ,3 Основные технические данные некоторых кенотронов Шифр Накал тин нака.1а напряжение, ток, а о о So ЕГ се S S- <и о ° Е 1 ° I Q го «в Щ1С 5ЦЗС 5Ц4С 6Ц4П 6Ц5С ЗОЦГ) Прямой » Подогревный (i,3 (),3 30.0 0,185 0,6 0,6 0,3 179x2 375x2 0,5 125X2 300x2 300x2 500x2 62,5x2 37,5x2 37X2 60X2 15 000 1Ж 1 3 50 1 ООО 1375
§ 4. ИОННЫЕ ВЕНТИЛИ (ГАЗОТРОНЫ) В отличие от электронных вентилей, где электронная проводимость обусловлена наличием вакуума в лампе, в ионных вентилях электрический разряд происходит в парах ртути или инертном газе при понижёй-ном давлении (0,1-0,5 мм рт. ст.) внутри баллона. 64 .
Рис. 11-12. Вольтампсрпс1я характеристика газотрона для прямого направления тока Из большой группы ионных приборов остановимся на газотронах - двухэлектродных ионных вентилях с накаленным катодом. Газотрон нредртавляет собой стеклянный баллон, из которого откачан воздух и введено небольшое количество газа - аргона - или паров ртути. В баллоне помещены также накаливаемый вольфрамовый (или чаще всего оксидный) катод и никелевый анод (один или два) в виде диска. Двуханодный низковольтный газотрон ВГ-176 имеет катод прямого накала и плоские никелевые аноды. Так же как и в электронной ламне, при нагревании катода происходит эмиссия электронов. Электроны, вылетевшие с катода, притягиваются анодом, если к нему приложено некоторое положительное анодное напряжение. Рассмотрим типичную вольтамперную характеристику газотрона для прямого направления тока (рис. 11-12). Будем постепенно, начиная от нуля, увеличивать напряжение на аноде. При малых анодных напряжениях через газотрон нро-текает чисто электронный ток, не превышающий нескольких микроампер. Пока напряжение на аноде невелико, скорости электронов также невелики, и электроны обладают малой кинетической энергией. Столкновение такого электрона с молекулой газа, имеющей значительно большую массу, носит характер упругого удара. Электрон цри этом теряет свою кинетическую энергию и изменяет направление движения (отскакивает от молекулы), а молекула газа только незначительно изменяет свою скорость. Под действием электрического поля анода электрон снова начинает двигаться к аноду, ностепенно увеличивая скорость. Пролетев некоторое расстояние, электрон вновь сталкивается с молекулой газа и опять теряет при этом скорость и т. д. Таким образом, пока электрон достигнет анода, он многократно сталкивается с молекулами газа, но так как скорость его невелика, он всякий раз не может расщепить молекулу газа и ионизация не происходит. Этому процессу соответствует участок / вольтамперной характеристики. 3 Ус1глителп киноустановок 5 Здесь ток невелик, так как вокруг катода образуется электронное облачко - пространственный заряд, который препятствует потоку элекгронов достичь анода. Однако при повышении анодного напряжения скорость электронов * возрастает, растет кинетическая энергия электрона и при некотором значении анодного напряжения, называемого напряжением зажигания (f/g =20-25 в для газотрона), в приборе наступает ионизация и возникает дуговой разряд. Ионизация возникает тогда, когда летящий с большой скоростью электрон (обладающий большой кинетической энергией) при столкновении с молекулой газа расщепляет ее, т. е. выбивает из этой молекулы электрон. После начала ионизации в баллоне ламны между анодом и катодом образуется большое количество положительных ионов, что резко меняет характер прохождения тока в газотроне. Остановимся на этой части процесса несколько подробнее. С наступлением ионизации электроны продолжают притягиваться анодом, а положительные ионы - катодом. Но мы знаем, что масса электрона значительно меньше массы иона. Вследствие неравенства масс электрона и иона (при равенстве электрических сил, воздействующих на них в промежутке катод - анод) электроны" будут иметь значительно большую скорость и достигнут анода быстрее, чем ионы катода. Благодаря этому вблизи катода образуется облачко положительных ионов, которое компенсирует своим зарядом отрицательный потенциал ирост-ранственного заряда и нейтрализует его. Так, положительные ионы устраняют вредное влияние пространственного заряда, являющегося главной причиной большого падения напряжения в кенотроне. Таким образом, по сравнению с кенотроном газотрон имеет меньшую величину внутреннего сопротивления и, следовательно, меньшую величину падения напряжения внутри лампы. Катод газотрона во время работы окружен как электронами, так и ионами, которые в совокупности образуют электронно-ионную плазму. Плазма электрически нейтральна и является хорошим проводником тока, поэтому падение напряжения в газотроне становится весьма малым (13-18 в). * Скорость электрона, движущегося в электрическом поле, в конце пути округленно paBira (=600 y"t/7, Т- е. зависит тодько от анодного напряжения. Удобно выражать ее в вольтах. Рабочий участок характеристики располагается практически горизонтально. После достижения нормального тока эмиссии катода /, характеристика приобретает подъем (участок /). Падение напряжения на газотроне растет при увеличении силы тока, что происходит за счет усиленной бомбардировки катода ионами и может привести к разрушению катода. Отсюда следует, что ток, проходящий через газотрон, не должен превышать определенной величины /а „акс = -5. ок насыщения). Таким образом, введение небольшого количества газа или паров ртути в баллон лампы позволяет снизить внутреннее сопротивление, а вместе с тем и падение напряжения на участке катод - анод. Использование ионной проводимости в газоразрядной лампе позволяет получить значительную силу тока при небольшом напряжении. В этом и заключается основное иринциниальное отличие газотронов от электронных ламп. Важно знать, что происходит в газотроне, если к аноду приложено отрицательное наиряжение по отношению к катоду, допустим, в отрицательный полупериод при использовании газотрона в схеме выпрямителя. В момент появления на аноде отрицательного напряжения промежуток катод - анод еще заполнен плазмой: к аноду будут притягиваться положительные ионы, а к катоду - электроны. Возникнет обратный ток, т. е. ток, протекающий в обратном направлении. Это вредное явление. При конструировании газотронов путем уменьшения площади анода, подбора давления газа в баллоне лампы и т. и. добиваются того, чтобы величина обратного тока была невелика. Недопустима большая величина обратного напряжения, так как в этом случае также возлюжно возникновение ионизации - обратное зажигание. Ток, проходящий через лампу при обратном зажигании, значительно превышает допустимую величину и газотрон выходит из строя. Газотроны характеризуются следующими основными параметрами: 1) наибольшее (амплитудное) допустимое значение обратного напряжения Uf показывает, какое напряжение можно приложить к газотрону в непроводящую часть периода, не вызывая обратного зажигания; 2) наибольшее (амплитудное) допустимое значение анодного тока /а„акс показывает, какой ток можно пропускать через газотрон без порчи катода; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 |
||||||||||||||||||||||||