Электронная лампа — самый распространенный электро­вакуумный прибор. В стеклянном, металлическом, металлокерамическом или пластмассовом баллоне лампы, из ко­торого откачан воздух, размещены электроды.

В зависимости от назначения и типа лампы их может быть несколько, но в любой лампе имеются два основных электрода:

  • катод — источник электронов;
  • анод — приемник электронов.

Движение электронов в вакууме от одного электрода к другому и обусловливает электрический ток лампы.

Различают катоды прямого и косвенного накала.

Катод прямого накала

Катод прямого канала

Катод прямого накала пред­ставляет собой металлическую нить 1, прикрепленную к держателям 2. Эту нить растягивают пружины 3, которые прикреплены к траверсам, установленным в баллоне лампы. Нить подогревается проходя­щим по ней электрическим током (как правило, постоян­ным).

Катод косвенного накала

Катод косвенного канала

Катод косвенного накала выполняется в виде металлического цилиндра 1, на внешнюю поверхность которого нанесен активирующий слой. Этот слой способствует уменьшению работы выхода электродов. Внутри цилиндра расположена спираль 4 — подогреватель. Электрический ток (обычно переменный) разогревает спираль, а от нее тепло передается цилиндри­ческому катоду. Иногда такие катоды называют подогрев­ными, а электрический ток, разогревающий нити катодов, принято называть током накала.

К основным параметрам, по которым оценивают свойства катодов, относят их рабочую температуру Траб, эффектив­ность Н, долговечность.

Рабочая температура — определяющий по­казатель катода. От нее зависят и эффективность, и долго­вечность, и все остальные параметры катода. Так, эффек­тивность катода при повышении его рабочей температуры увеличивается, а долговечность уменьшается. Поэтому ра­бочая температура должна быть такой, чтобы достигалось оптимальное соотношение всех основных его параметров.

Эффективность катода Н (мА/Вт) — это от­ношение допустимого катодного тока или тока при рабочей температуре (iк.доп (мА) к мощности Рн(Вт), затрачивае­мой на нагрев катода:

эффективность катода

Следовательно, чем значительнее эффективность Н, тем больший ток (больше электронов) можно получить от дан­ного катода при определенной мощности накала. Нужно отметить, что только около 5% мощности Рн используется полезно, то есть идет на эмиссию электронов (на создание тока лампы); остальная же ее часть расходуется непроиз­водительно — на нагрев конструктивных элементов и окру­жающей среды.

Долговечность катода — это время, в течение которого катод исправен и ток его эмиссии несущественно уменьшается. У катодов прямого накала долговеч­ность зависит главным образом от состояния нити, которая в процессе работы истончается в результате испарения ме­талла и обрывается усилием натягивающих ее пружин. Долговечность катодов косвенного накала определяется скоростью испарения активирующих веществ.

Среди катодов прямого накала наибольшее распространение получили катоды из чистых металлов — вольфрамо­вые и танталовые. Их отличает прежде всего высокая ста­бильность эмиссии. Вольфрамовые катоды, кроме того, нечувствительны к ионной бомбардировке и поэтому хорошо работают в высоковольтных лампах. Однако эффективность таких катодов весьма низка, что объясняется большой ра­ботой выхода электронов и необходимостью нагрева катода до сравнительно высокой температуры.

Чтобы улучшить основные показатели катодов прямого накала, их поверхность подвергают специальной обра­ботке. Так, с целью повышения механической прочности и уменьшения работы выхода на вольфрамовую нить на­носят тонкую пленку окиси тория (торированные катоды).

Правда, такие катоды весьма чувствительны к перегреву и к ионной бомбардировке. Другой пример — более совершенные карбидированные катоды, которые получают, про­каливая торированный вольфрам в атмосфере углеводоро­дов. В результате на поверхности вольфрама образуется слой карбида вольфрама, а на нем одноатомная пленка тория.

В качестве подогревных применяют бариево-вольфрамовые, оксидные и ториево-оксидные катоды. Подогревате­лем в таких катодах служит вольфрамовая нить, а основа­ние выполняется из молибдена. У первых катодов на осно­вание наносят слой пористого вольфрама с примесью тория, у вторых — оксидный слой, состоящий из окислов бария, кальция и стронция, а у третьих — окись тория.

Следует отметить, что в приемо-усилительной аппаратуре общего назначения преимущественное применение получили оксидные катоды.

Катоды прямого накала обладают малой тепловой инер­ционностью (то есть быстро нагреваются). Поэтому аппара­тура на лампах с такими катодами может полноценно дейст­вовать уже через 2-3 с после включения. Однако из-за малой тепловой инерционности катоды прямого накала обычно нельзя включать в цепи переменного тока, что создает известные эксплуатационные неудобства.

Катодам косвенного накала свойственна значительная тепловая инерционность (рабочая температура достигается за 1-2 мин). Зато такие катоды можно включать в цепь переменного тока, что позволяет подавать питание на элект­ронные устройства от промышленной сети.

Аноды электронных ламп могут быть самых различ­ных форм: в виде дисков, прямоугольных пластин, цилинд­ров, сложной коробчатой конструкции и т. п. Под воздейст­вием электронной бомбардировки они нагреваются до срав­нительно высоких температур, поэтому во избежание рас­плавления их изготовляют из тугоплавких металлов.