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[图文]谈谈电子管阴极       ★★★ 【字体:
谈谈电子管阴极
作者:imefan    文章来源:矿石收音机    点击数:    更新时间:2008-4-26    

  氧化物阴极的机理以及特性,其实博大精深。以我这个外行而言,只能将我自己的一些理解和大家共同探讨一下,有兴趣的朋友还是自己找一些资料来学习为好。

  氧化物热电子发射的现象是1903年发现,但是对它的研究一直到现在还没有结束。氧化物阴极的本质是一种电子型半导体,一般的氧化物阴极工作基本上是基于盈余的钡原子,一般来说,真空抽气高温激活的过程之中,阴极中氧化钡之中一部分氧原子减少了,出现了盈余的钡原子,钡的价电子容易因为高温脱离原子核的束缚而成为自由电子,这就是氧化物阴极工作的简单描述了。

  氧化物阴极的逸出功和核心金属有关系,核心金属不同,则逸出功也不相同。我们一般常见的旁热氧化物阴极所采用的材质是镍,镍的氧化物阴极逸出功是1.32电子伏,而直热管常用钨丝作为芯金属,钨的逸出功是1.36电子伏,由此可见阴极的逸出功仅仅和核心金属有关,与不同的管型无关。
氧化物阴极的特性和核心金属的还原特性相关,一般的阴极镍中常常含有微量镁、铝、硅、钨等等金属,对于阴极的寿命和脉冲特性都有很好的影响,而对于直热阴极而言,铝和硅的含量常常比旁热镍阴极高100倍和6倍。

  氧化物阴极和钨丝阴极或者原子表面阴极(钍钨、炭化钍……)比较而言,更加脆弱,所以我们常常会看到一些问题。

 1、阴极中毒。

  很多时候,一些老旧的电子管阴极极度老化,很大一部分原因常常是阴极中毒。氧气、一氧化碳、二氧化碳、水汽、硫化物、卤素、碳氢化合物等等都可以导致阴极中毒。我们常常见到一些老旧的电视机阻尼管,长期在高压下使用,云母片出现发黄的现象,而往往阴极发射特性也不好,有一个原因就是云母在高电压、高温下部分分解产生微量的水汽(此时往往有很多云母碎屑在管子中),导致阴极中毒发生(当然,还有其它原因)。

 2、打火现象。

  高真空电子管之中,因为大电流而导致的打火现象是比较常见的。比如一些直热整流管整流的机器,滤波电容比较大的。开机以后,有时候,会出现屏极和阴极之间的打火。而电子管的工作电压远低于静电导致打火的电压,这就是和氧化物阴极有关。

  刚开始,直热管的灯丝还没有热透,发射不均匀,有些温度较高的部分(比如灯丝中部)电子发射较强,而另外一些部分(下引出线或者顶部吊钩部分)因为散热关系,温度要低一些,电子发射较差。而此刻,滤波电容的两端电压很低,电流比较大,很大的电流全部是从那很小的发射较强的部分发射的,会导致这部分温度变得很高,高温导致电子发生更加强,于是此部分的电流会增加的很快,同时高温会导致氧化物的蒸发,产生一些等离子状态的气体,这些气体导电被电压击穿,而产生了打火现象。

  事实上,如果旁热镍核心的阴极在先有高压的状态再加热灯丝时候,问题会更加严重。其机理是直热阴极中的钨在高温会和氧化物反应,生成一些钨酸化合物,这种物质导致氧化物阴极的逸出功变高,从而略微减低一些恶性循环。在旁热阴极的镍核心中,镍和氧化物不会出现像钨那样的优点,所以理论上打火问题可能更加严重。但是好在,旁热氧化物阴极的热丝加热要比直热阴极均匀,这种现象比较少见。不过一定要切忌在开高压以后,再加灯丝。曾经看到有的人想当然的用控制整流管灯丝的办法来开启高压,这显然是荒唐可笑的。

下面简单说一下氧化物阴极的设计计算问题:

  一般的接收放大电子管,都是按照规范化的设计来考虑阴极的问题。对于旁热管而言,通常是工作温度在95-1150K之间,老式接收放大管阴极通常每个瓦特4MA电流,小型接收放大管每个瓦特6MA电流,功率管每个瓦特10MA电流,整流管每个瓦特20MA电流,发射管10-40MA,脉冲发射管是2000MA。对于直热管而言,接收管是15-40MA每个瓦特,整流管是20MA每个瓦特,功率管是10-40MA每个瓦特,这些都是一般的参考值,每种不同的管子都是不尽相同,但都不差很远。我们一般估计一个管子的电流能力也如此估计了。如果我引用一堆精确的计算公式给大家恐怕一点用也没有,谁会拿着管子去认真核算呢?有这些时间还不如作些其它事情呢。

  关于6Z4输出140MA电流的问题,我一定要论证它是错误的,很早以前就已经在别处看到,我是一直没有说话的。本来想不多介入到具体问题之中,不过既然这个问题已经到了我这里,我也就要说几句。

  国产6Z4和国产6Z5P的是一样的,而它们的阴极尺寸特性和外国的6X5或者84是相似的。我们来看对于收音机整流管的要求,一个电源变压器,次级是340-0-340V、内阻320欧(基本和过去收音机用的变压器相近)。

  五六个管的收音机,电流按照70MA计算很富裕,整流效率是0.8左右,采用电容滤波。则整流管输出电压在370V,输出功率在26W左右,屏极损耗在1W,此整流管跨导在10MA/V,阴极最大电流在0.24A。此时阴极的电流密度在可以取60MA/CM*CM,阴极有1.17CM*CM的有效面积,取用的旁热阴极镍管的外径1.27MM,则喷涂氧化物的长度应该是2.6CM,两端留下0.3CM固定,总长度是3.2CM,取中间的阴极工作温度1100K,阴极加热功率在3.72W,6.3V灯丝,则阴极电流是0.59A,综合计算热丝的问题应该在1450K,热丝直径是95.7微米,长度19.4厘米,当热丝弯曲成3个V字,可以装入阴极镍筒。这些都是真实的数据,不相信可以砸碎一个6X5、6Z5P、6Z4看一下,量一下,或许会有误差,但是绝对不会相差很多。正是这些参量限制了阴极的平均电流是70MA,不论是那种工作方式,管子的阴极电流都是一定的,数据说话才更有说服力!


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