Конструкция электронных ламп

К электронным лампам относится группа электровакуумных приборов, у которых в рабочем объеме создан высокий вакуум, а принцип действия основан на использовании потока свободных электронов, управление движением которых осуществляется с помощью электрических полей. Основное предназначение электронных ламп – преобразование электрических сигналов или электрической энергии одного вида в электрические сигналы или электрическую энергию другого вида.

Электронные лампы имеют, по крайней мере, два электрода: катод и анод. Для управления потоком электронов и устранения различных вредных явлений, возникающих при движении электронов от катода к аноду, между ними располагаются управляющие сетки.

а		б
Рис. 1.1. Генераторная лампа: а – конструкция (K – катод; С1 – управляющая сетка; С2 – экранирующая сетка; А – анод); б – катодно-сеточный узел лампы ГУ-92Б в сборе

Сетки существуют следующих видов: расположенная ближе всего к катоду управляющая сетка, изменением напряжения на которой регулируется анодный ток лампы, и тем самым обеспечивается усиление сигнала; экранирующая сетка, вводимая для улуч­шения токоотбора, соединена с положительным полюсом источника анодного питания и устраняет паразитную связь между управляющей сеткой лампы и её анодом; антидинатронная сетка устраняет динатронный эффект, возникающий при ускорении электронов полем экранирующей сетки, электрически соединена с катодом лампы. Кроме того, для устранения динатронного эффекта применяются специальные покрытия экранных сеток и анодов, снижающие термоэлектронную и вторичную эмиссию.

Аноды ламп работают при положительных напряжениях, что создаёт мощное электрическое поле, притягивающее электроны, вылетающие из катода. Электроны, ускоренные полем сеточного электрода, попадают на анод с большой кинетической энергией, способствующей как выделению тепла на аноде, так и выбиванию вторичных электронов и распылению материала анода. Количество выделяемого тепла пропорционально количеству поступающих электронов и их скорости. Мощность, превращаемая в тепло, пропорциональна приложенному анодному напряжению и протекающему току.

В настоящее время в электронных лампах используются термоэмиссионные катоды, работа которых основана на совмещении двух процессов: 1) подогрева эмитирующей поверхности за счет тепла, получаемого при пропускании электрического тока через металлический проводник; 2) эмиссии электронов. В зависимости от того, протекают ли оба процесса в одной и той же детали лампы или в разных, различают две конструкции накаленных катодов: существуют катоды прямого накала и катоды косвенного накала.

В первом случае катод представляет собой проводник, по которому протекает ток накала I_нак, поверхность которого эмитирует электроны – ток эмиссии I_е. У катодов прямого накала два вывода, через которые протекает как ток накала, так и ток, соответствующий потоку электронов через лампу.

Во втором случае процессы нагрева катода и эмиссии электронов разделены. Подогрев обеспечивается специальным телом накала, так называемым подогревателем, при этом конструкция имеет три вывода: два слу­жат для подачи напряжения накала на подогреватель, а третий – для вывода тока с эмитирующей поверхности.

При нагревании появляются быстрые электроны, способные благодаря своей кинетической энергии преодолеть внутренние силы притяжения, таким образом, возникает термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ) металлов, описываемая законом Ричардсона–Дэшмана [1.5]:

, (1.1)

где = 1.2 · 10⁶ А/(м² · К²) – постоянная Ричардсона; D₀ – кван­тово-механический коэффициент отражения электронов от границы металл–вакуум; k = 1.38 · 10^–23 Дж/Кл – постоянная Больцмана; φ – работа выхода, В.

В зависимости от использованных материалов катоды, применяемые в электронных лампах, можно подразделить на три группы: чисто металлические; тонкопленочные торированные и полупроводниковые оксидные.

Для улучшения вакуума, получаемого в лампе после окончания откачки, и поглощения газов, которые могут появиться в ней во время работы за счет сильного разогрева электродов, используются специальные газопоглотители. Геттеризация для ламп очень важна, поскольку наличие даже микроскопического количества газа в рабочем объеме способствует возникновению низкоомных, а значит, с большим током, дуговых разрядов между электродами: анодом и сеткой или между анодом и катодом.