Типы катодов

Типы катодов (термоэлектронные), используемые в электровакуумных приборах, подразделяются на три группы:

• а) катоды из чистых металлов или сплавов;
• б) пленочные катоды;
• в) полупроводниковые катоды.

Основным представителем этих катодов, как уже указывалось, является вольфрамовый катод, изготовляемый в виде проволок диаметром от десятков микрон до нескольких миллиметров. Вольфрам имеет высокую температуру плавления (свыше 3600° К). Рабочая температура вольфрамового катода лежит в пределах от 2400 до 2700° К, при этом катод может обеспечивать с каждого квадратного сантиметра ток эмиссии до 1,5 а. Эффективность катода зависит от рабочей температуры и изменяется в пределах 2—10 ма/вт.

Малая эффективность вольфрамовых катодов позволяет использовать их только в мощных лампах, в которых значительный расход мощности на накал не имеет существенного значения. Срок службы вольфрамовых катодов при нормальных рабочих температурах доходит до 2—3 тысяч часов.

Применение катодов из других металлов, например танталовых и молибденовых, ограничено, так как они становятся хрупкими при нагреве, а молибден, кроме того, уже при незначительных перегревах сильно распыляется.

Эти катоды изготовляют тоже из вольфрамовой проволоки, на поверхности которой создается либо одноатомный слой тория, либо активная бариевая пленка.

Торированный катод работает при температурах от 1800 до 1900° К. Эффективность его составляет от 20 до 50 ма/вт. Срок службы торированного катода определяется не перегоранием вольфрама, а состоянием активного слоя на его поверхности: в процессе эксплуатации, особенно при перегревах, происходит испарение тория с поверхности вольфрама, что вызывает уменьшение эмиссии, а затем полную ее потерю.

Положительные ионы остаточного газа в лампе, нарушая целость активного слоя, также уменьшают срок службы катода. Торированные катоды поэтому применяются в маломощных лампах (при ограниченных анодных напряжениях), в которых электроды сильно не нагреваются во время работы. Если торированный катод прокалить в атмосфере углеводорода (в парах нафталина), то он становится более устойчивым. На поверхности такого катода образуется карбид вольфрама, отсюда и его название карбид крова н ный катод. Рабочая температура его не превышает 2000° К, а эффективность составляет 50—70 ма/вт.

Карбидированные катоды более устойчивы в работе, меньше разрушаются под действием ионной бомбардировки и поэтому их применяют в мощных усилительных и импульсных лампах с анодным напряжением до 6—8 кв и выше.

Бариево-вольфрамовые катоды работают при температурах от 1100 до 1500° К и имеют эффективность, доходящую до 1000 ма/вm. Этим катодам не опасна бомбардировка нонами остаточных газов. Поэтому они применяются в электровакуумных приборах с тяжелыми условиями работы, когда необходимо иметь большую удельную эмиссию катода (магнетроны, клистроны и др.).

К данному типу катодов относятся оксидные и бариевые катоды, у которых керн из чистого металла (вольфрама или никеля) покрыт окисями металлов бария, стронция и кальция. Атомы бария, содержащиеся внутри окисей металлов покрытия, играют при этом роль металлической примеси к оксидному слою, который вследствие этого приобретает электронную проводимость.

Благодаря малой работе выхода, сравнительно низким рабочим температурам (1000—1100° К) и одновременно циеокой эффективности (100—200 ма/вт), оксидные Катоды получили наибольшее распространение. Они Обладают исключительно высокими эмиссионными свойствами (особенно при работе электронного прибора в течение коротких промежутков времени — импульсов). При этом эмиссионный ток с квадратного сантиметра поверхности катода может доходить до нескольких десятков ампер. Вместе с тем, при непрерывном режиме работы плотность тока не превышает одного ампера.

Чрезмерная толщина, неоднородность оксидного слоя приводят к местным его перегревам накальным током, что еще больше увеличивает эмиссию с таких участков катода. Следствием этого является частичное или полное испарение оксидного слоя с керна или даже разрушение самого керна. Это явление особенно проявляется при недокале катода. При изготовлении оксидных катодов для ламп, работающих в импульсном режиме, применяют специальную технологию, которая обеспечивает постоянство эмиссии катода в этом режиме.

В последнее время в импульсных электровакуумных приборах находят применение ториево-оксидные и ряд других новых типов оксидных катодов. В ториево-оксидных катодах покрытия из окиси тория осуществляются на вольфрамовых или молибденовых кернах.

Наряду с перечисленными видами полупроводниковых катодов в лампах, рассчитанных на питание накала постоянным током, используют бариевые катоды. Бариевый катод представляет собой вольфрамовую нить, покрытую окисью меди, на поверхность которой нанесен барий. Бариевый катод работает при температурах до 1000° К; эффективность его находится в пределах от 70 до 150 ма/вт. В процессе изготовления таких катодов избыток бария осаждается на стенках баллона лампы, на ножках и слюдяных держателях. Это увеличивает токи утечки в электронной лампе, а также междуэлектродные емкости. Поэтому бариевые катоды применяются главным образом в маломощных лампах, работающих при низких анодных напряжениях.