Материал: Sb98836

где а и В – постоянные, зависящие от степени вакуума и состава остаточных газов, которые определяются экспериментально; r – толщина декарбидированного слоя, мкм; Тк Тк Тк0 .

2. Сеточные электроды электронных приборов

Сеточные электроды мощных генераторных ламп с ВТКК работают в условиях интенсивных тепловых нагрузок, формируемых излучением с катода, имеющего температуру 1900…2100 К, и за счет электронной нагрузки – эмиссионным током катода.

Обеспечение высоких усилительных параметров современных мощных генераторных ламп (МГЛ) основано на минимизации межэлектродных зазоров: «катод управляющая сетка» и в случае тетродов – «сетка сетка». Сетка имеет сложную решетчатую конструкцию с определенной степенью прозрачности и изготовляется из молибденовой или вольфрамовой проволоки диа-

метром 0.1…0.5 мм (рис. 2.1).

правило, неприемлемы, потому что они приводят к снижению таких технических характеристик ламп, как крутизна, увеличению межэлектродных емкостей, габаритов и массы.

Сложная и пространственно-развитая структура сеточных электродов должна обладать высокой формоустойчивостью и обеспечивать достаточный экранирующий поле эффект, допуская незначительный уровень обратных связей, ограничивающих устойчивую работу усилителей высокочастотной мощности. Чем ближе к катоду и конструктивно более развита структура

16

сетки, тем большей лучевой нагрузке она подвергается. Так, доля мощности накала катода, воспринимаемая управляющим сеточным электродом, достигает 70 %.

Указанные условия являются определяющими при выборе материала для изготовления сеток мощных генераторных ламп. Количество материалов с учетом использования сплавов и комбинаций конструкции сеток невелико и представлено наиболее тугоплавкими металлами – вольфрамом и молибденом, а также современным материалом – пиролитическим графитом, имеющим температуру плавления порядка 3500 К.

Тепловой режим работы сеточных электродов. Тепловой режим се-

точного узла определяет надежность работы прибора в целом. Чрезмерный нагрев сетки вызывает увеличение термотока сетки, потерю термоустойчивости сетки и межэлектродные короткие замыкания, падение эмиссии катода, уменьшение электрической прочности и другие отрицательные явления. Нагрев сетки обусловлен мощностью электронной бомбардировки сетки (электронной мощностью) при Uс > 0 и излучением на сетку других электродов прибора, главным образом катода. Тепловой отвод сетки осуществляется излучением проводников сетки и теплопередачей за счет теплопроводности по проводникам сетки к ее выводам.

По условиям теплового отвода все существующие типы сеток делятся на три группы:

1)сетки типа «беличье колесо», отличающиеся малой теплопередачей ввиду большого теплового сопротивления тонких и длинных проводников конструкции, поэтому тепловой режим таких сеток почти полностью определяется излучением сетки (относятся стержневые сетки с малым диаметром сеточных проводников);

2)сетки с большим поперечным сечением проводников и системой принудительного водяного охлаждения (рассчитываются без учета излучения);

3)сетки стержневые, спиральные, решетчатые и т. д. (рассчитываются с учетом и излучения, и теплопроводности).

Тепловой режим сетки в общем случае определяется соотношением PcΣ Ec Q , где PcΣ Pc Qc – суммарная тепловая мощность, выделяю-

щаяся на сетке (Рс – электронная мощность сетки; Qс – поток теплового излучения с других электродов на сетку); Ес – тепловой поток излучения сетки; Qλ – тепловой поток теплопроводности по сеточным проводникам.

17

При тепловом расчете сеточного узла с охлаждением за счет излучения влиянием теплопроводности пренебрегают и тепловой режим сетки записывают в виде PcΣ Ec . Так как температура поверхности сетки в этом случае во всех точках примерно одинакова, то

Коэффициенты излучения наружной и внутренней сторон сетки могут быть различными из-за напыления на сетку продуктов испарения оксидного катода. Расчет излучения с других электродов прибора на сетку с учетом многократных отражений довольно сложен. Приемлемую для практических целей точность дает анализ, ограниченный теплообменом между сеткой и катодом.

Теплообмен в системе «сетка–катод» определяется формулой Христиан-

вой поток. При этом учитывается, что сеточный узел воспринимает не весь тепловой поток, излучаемый и отражаемый поверхностью катода, а только его часть, падающую на поверхность сетки. Это можно приближенно учесть, введя в расчетное выражение вместо полной площади поверхности катода Sк ее часть, равную Sк , где φ – угловой коэффициент облученности проводников сетки плоской поверхностью катода. Угловой коэффициент облученности для системы «плоскость – траверсы диаметром dс» при расстоянии между травер-

сами а можно рассчитать по формуле 0.5dca1 dca1 .

В теплообмене с катодом участвует только внутренняя сторона сетки, поэтому в расчетном выражении для результирующего теплового потока учитывают только половину поверхности сетки:

где Тк – температура катода; εк – коэффициент излучения катода. Результирующий тепловой поток излучения с сетки на анод при услови-

ях Тс >> Та и Ec.а 0.5 с.а ScTc4 можно представить в виде

18

При расчете температуры второй (экранирующей) сетки в лучевом тетроде или пентоде необходимо учесть дополнительное ослабление теплового потока излучения с катода на экранную сетку проводниками первой сетки. Угловой коэффициент облученности проводников второй сетки поверхностью катода можно рассчитать по формуле 2 1 1 , где 1 и 2 – угловые коэффициенты облученности первой и второй сеток при раздельном анализе излучения между соответствующей сеткой и катодом.

Температура сетки должна быть предельно допустимой (Тдоп ) для вы-

бранного материала сетки. Значение Тдоп определяется уровнем термоэлек-

тронной эмиссии и скоростью испарения материала сетки. Для увеличения коэффициента излучения ε и повышения излучательной способности сетки применяют различные антиэмиссионные покрытия.

В ряде случаев для быстрой оценки тепловых свойств сетки не рассчитывают температуру, а определяют удельную мощность рассеяния тепла сеткой ( Рс. уд ) и сравнивают ее с допустимой ( Рдоп ), которая зависит от материала

сетки и ее покрытия. При этом для расчета части мощности излучения катода, попадающей на сетку, используют (2.1) или (2.2).

В этом случае суммарная тепловая мощность на сетке вычисляется по формуле PcΣ Pc SPн . Рассчитывается площадь излучающей поверхности

сетки Sс, определяется удельная мощность рассеяния на сетке Pс. уд PcΣPc1 и

осуществляется сравнение с допустимой для выбранного материала сетки и ее покрытия Рдоп . Если Pс. уд Pc.доп , то это означает Тдоп и принимаются дополнительные меры, направленные на снижение температуры сеточного узла: уменьшается мощность рассеяния на сетке ( Рс ) или мощность накала ( Рн ); снижается плотность тока катода за счет увеличения его поверхности; для сетки используется материал с большим коэффициентом излучения.

19

При разработке сеточных узлов третьей группы, в которых для охлаждения используется не только излучение, но и теплопроводность, описанная методика является оценочной и при Tдоп Tс тепловой режим

сетки определяется с учетом теплопроводности.

Тепловой расчет сетки с учетом излучения и теплопроводности производится либо численным решением (2.3), либо с помощью теории подобия решением критериального уравнения K 1.02 0.52K2 0.55K1K2, где K , K1, K2 –

критерии подобия; KΣ – критерий, характеризующий перепад температуры по длине сеточного проводника. В качестве сеточного проводника стержневой сетки рассматривается стержень, у которого температура Т1 соответствует точке крепления к держателю сетки, а Tmax – противоположному концу стержня. Сеточный проводник спиральной сетки представляет собой отрезок витка между соседними траверзами. Тогда Tmax определяется в центре этого отрезка, а Т1 – в месте крепления витка к траверзе.

Критерий K1 определяет отношение мощности q, подводимой к единице длины проводника, к мощности qизл, отводимой в наиболее разогретой части

посредством излучения: K1 qqизл ; q PcΣa D0H0 1, qизл

где ε – коэффициент излучения поверхности сетки, зависящий от материала сетки и ее покрытия; σ – постоянная Стефана–Больцмана; 2πR – периметр сечения сеточного проводника.

Критерий K2 определяет отношение мощности, отводимой в наиболее разогретой части за счет излучения, к мощности qтеп, отводимой там же по-

средством теплопроводности: K2 qизл qтеп , где qтеп STmax l2 – расстояние по проводнику сетки (стержню или отрезку витка) между точками с температурами Tmax и Т1 (λ – коэффициент теплопроводности материала сетки; S – площадь поперечного сечения проводника сетки).

Пределы применимости критериального уравнения определяются усло-

виями 0.3 < K < 0.95 и 1.1 < K1 < 10. При 0.95 < S1 < 1.0 распределение тем-

пературы по длине проводника близко к равномерному, поэтому в данном случае исходят из предположения о равномерном излучении проводника и решают критериальное уравнение в виде K 1 0.5K2(K1 1) .

20