Підігрівні катоди Плівкові катоди
Підігрівні плівкові катоди виготовляються з вольфраму або кераміки. Для кращої взаємодії активного шару вольфрам покривають тонким шаром карбіду вольфраму.
На карбід вольфраму наноситься приблизно 10-15 мікрон шару торію, який має дуже малу роботу виходу і створює потужний потік електронів. Торовані катоди працюють при температурі 1950-2000К і мають високу ефективність 50-70 мА\Вт. Щільність струму І=1,5 А\см2, прилади працюють при напрузі 10-15 кВ.
Рисунок 1. Структура плівкового катода
При
збільшенні напруги анода на роботу
катода буде впливати електростатичне
поле, що приведе до збільшення електронного
потоку і погіршення параметрів катода.
При цьому буде зменшуватися запас торію,
ослабне дифузія на поверхні, зміниться
структура кристалічної ґратки вольфраму,
і катод вийде з ладу. Якщо параметри
нижче на 20-30%, то прилад знімається з
експлуатації. Для зменшення робочої
температури і забезпечення аналогічних
параметрів використовуються оксидовані
катоди, в яких застосовується оксид
торія. Вони працюють при температурі
950-1100
.
До плівкових катодів відноситься також барієво-вольфрамові катоди. У них активний шар створюється атомами барію із оксиду барію, таблетка якого запресовується в вольфрам. Крім цього може застосовуватися і стронцій. А в зв’язку зі зменшенням робочої температури нитка підігріву виготовлюється із молібдену, який має значно більшу температуру плавлення.
Основною перевагою таких катодів є можливість короткочасного потужного струму, а в час відпочинку за рахунок дифузії атомів активного металу на поверхню властивості катода відновлюються. Такі прилади використовуються в потужних імпульсних пристроях.
Напівпровідникові катоди
В більшості випадків в електронно-вакуумних приладах (ЕВП) використовуються напівпровідникові катоди, які були створені в 1904 році.
На вольфрамовий керн наноситься суміш оксидів барію і стронцію.
Рисунок 2. Структура напівпровідникового катода
Оксид барію та стронцію у вигляді білого пористого шару товщиною 20-70 мкм наноситься на основу – керн; кристалічна ґратка оксиду складається з двовалентних позитивних іонів металу, від'ємних іонів кисню і рівномірно розподілених атомів чистого барію, які створюються під час активування катода. В значній кількості атоми барію находяться поблизу поверхні покриття, за рахунок цього створюється напівпровідник з електронною провідністю за рахунок зміщення енергетичних зон .
Емісійна властивість напівпровідникових катодів може змінюватися в процесі роботи, тому що на нього будуть впливати наступні фактори:
прискорювальне поле анода, тому що напруженість поля буде змінюватися відповідно до рельєфу площі катода. Це поле знижує потенційний бар’єр на поверхні катода, і відповідно збільшиться кількість електронів, здатних побороти внутрішні сили, які діють в атомах.
Рисунок 3. Еквівалентний діод
емісійна властивість катода залежить не тільки від потужності, затраченої на нагрівання катода, але й від прикладеної до анода напруги. Тому емісійна властивість може змінюватися в широких межах. На нерівномірність випромінювання електронів впливає також різна температура ділянок катода. Найнижча температура буде на кінцях катода, біля траверз, які його підтримують.
Крім того катод із оксиду барію пористий, електричне поле проникаюче в пори, додатково створює умови для виходу електронів із барію на поверхню. Основною перевагою таких катодів є короткочасне потужне випромінювання електронів, і за рахунок часу відпочинку катод відновлює свої властивості. Тому прилади з такими катодами використовуються в імпульсній техніці. Довговічність таких катодів десятки тисяч годин, і обмежена перегоранням нитки нагріву або випарюванням активного шару.
АНОДИ
Елементом електронно-вакуумного приладу, який сприймає на себе потік електронів являється анод. Він має в процесі роботи високу температуру за рахунок бомбардування його електронами. Кінетична енергія електрона, який досягає анода під дією напруги, буде рівною
Кінетична енергія всіх електронів, які досягли анода буде
Ця енергія майже уся витрачається на нагрів анода. Крім того на анод діє теплове випромінювання катода, і загальна потужність, яка виділиться на аноді, буде
α - коефіцієнт випромінювання тепла катодом, α <1,
Р - потужність нагріву катода.
З іншої сторони по закону Стефана–Больцмана потужність, що випромінюється анодом, рівна
Пв – площа випромінюючої поверхні анода,
ξ - коефіцієнт випромінювання анода,
Т - температура анода,
σ = 5,67·10-12 Вт/см2·град2 – стала Больцмана.
В динамічній рівновазі потужності повинні буті рівні між собою:
Тоді отримаємо
Звідси можна визначити робочу температуру анода
Максимально допустиму температуру анода можна визначити, виходячи з максимально допустимої потужності, яку може випромінювати анод, тому одним із основних параметрів любого електронно-вакуумних приладу є максимально допустима потужність. В нормальних умовах температура анода не повинна перевищувати 600-650К, тобто приблизно в 1,5-2 рази нижче температури катода. Для підвищення коефіцієнта випромінювання аноди, як правило, виготовляють чорними і створюють спеціальні радіатори або виконують анод з великою поверхнею.
ДІОДИ
Діод – двох електродний електронно-вакуумний прилад, який використовується для перетворення змінного струму в струм постійного напряму. При підключенні до анода "+" потенціалу, а до катода – "–" потенціалу, в діоді буде створюватися прискорювальне поле для електронів, і в залежності від величини напруги, струм буде змінюватись від нуля до максимуму. При зміні полярності джерела живлення в діоді буде створюватись гальмуюче поле, і при деякій напрузі струм буде рівний нулю, тобто діод має односторонню провідність.