再介绍一下电子管的阴极

于海旺

应坛友的要求再介绍一下电子管的阴极。
      电子管是依靠阴极加热发射电子而工作的，因此每个电子管里都少不了阴极。有一种是把阴极做成灯丝形状，直接通过电流来加热的，这种叫做直热式阴极，一般用在直流电子管里。另一种是把阴极做成圆筒形状，在阴极圆筒内装有加热灯丝，灯丝上通电加热后，依靠灯丝发出的热量间接把阴极加热，使能发射电子，灯丝只起着加热的作用，它和阴极间是相互绝缘的。这种阴极叫做旁热式阴极，一般交流电子管都是采用这样的阴极。
     一般物质中虽然都有运动着的电子，但是电子运动的能量很小，它受着带正电的原子核的吸引，不能离开物体本身而跑出去，必须把它加热到很高的温度，电子才能有足够的运动能量，能够离开物体跑出去。给物质加热使其中电子能够跑出去所需要的能量，就叫做“电子逸出功”。每种物质所需要的逸出功是不相同的。用作电子管阴极的材料，必须是逸出功小，而且能耐高温的。此外，在真空管内总多少还有些残余的气体，气体分子受高速度的电子碰撞，会产生电离，正离子在管内电场的作用下，以很大的速度撞击阴极，对阴极有破坏作用。屏极电压越高，正离子撞击阴极的破坏作用越大。因此阴极材料也要考虑它能耐受正离子撞击的能力。钨是一种适合用作阴极的材料，它的熔点高（摄氏3300度以上），而且延展性抗拉性好，可以拉成细丝制成直热式阴极。但是它的发射电子效率还不够高（逸出功比较大），工作温度要摄氏两千多度，每瓦功率只能发射4～10毫安电流，耗电较多。但是它比较牢固，耐受正离子撞击的能力较强，因此通常用在大功率发射管中。
    目前用得最普遍的阴极材料是氧化物阴极，它是在钨或镍的金属基体外面敷有一层氧化物，在氧化物的表面上形成一层钡的单原子层。在这种阴极上，钡原子是发射电子的主要源泉，由于钡原子的逸出功很小，所以这种阴极的工作温度较低（摄氏1000度左右），发射效率很高，每瓦功率能发射60～200毫安的电流，因此最为经济省电。一般接收放大用的小型电子管都是采用氧化物阴极。直流电子管的直热式阴极是在钨丝外面敷有氧化物，交流电子管的旁热式阴极是在镍质圆筒外面敷有氧化物。
    这种阴极的发射电子寿命是由氧化物层决定的。在正常使用时，阴极表面的钡原子慢慢地蒸发，但原来留在内部的钡原子也不断慢慢地扩散到表面上来，直到全部钡原子全部用完后，阴极就失去发射能力了。通常使用寿命在1000小时以上。如果阴极工作于过热的情况下，表面钡原子就会迅速地蒸发掉，而内部钡原子来不及补充上来，发射能力就会大大降低，引起电子管的失效。另外这种阴极由于分布在表面上的氧化物层的厚度并不是十分均匀的，在阴极欠热或发射电流密度过大时又会产生表面局部过热的现象。表面过热的部分电子发射加强，电流增加，使这部分温度格外增加，结果温度可能上升到氧化物的蒸发点，因而使氧化层甚至芯子都遭到破坏。所以这种氧化物阴极的电子管灯丝最好在规定的电压下工作，电压过高或过低对电子管都是不利的。

于海旺

nelec 发表于 2022-9-10 11:59
冷阴极电子管什么原理。

冷阴极电子管都充进惰性气体，靠着屏阴电位差，把气体分子电离形成辉光放电，靠离子导电。其实都是电真空器件的离子管。

nelec

冷阴极电子管什么原理。

liangbg

是不是说：钨做阴极的电子管，虽然效率不高，但寿命长，只要灯丝不断、管不漏气性能就有保障？

于海旺

liangbg 发表于 2022-9-10 12:31
是不是说：钨做阴极的电子管，虽然效率不高，但寿命长，只要灯丝不断、管不漏气性能就有保障？

钨丝 电子管都是广播电台用的大功率 发射电子管，其寿命是比较长的，但是也有定期的更替时间。淘汰下来的还能用 可是没人再用。理论上可以一直用到断丝，漏气，高温失效（风冷，水冷，油冷，泵，鼓风机）。
    常用的是敷钍钨丝电子管如805、810、813和833等中功率电子管的寿命并不高，需要定期更换。这类电子管的阴极（即灯丝）.它的优点是发射的电子要比纯钨丝要多的多，缺点是工作电压不能太高，因此这类电子管的屏压都在3000—5000伏以下。这类电子管如在正常工作电压下逐渐衰老失效，一般多是钨丝内钍原子被发射消耗尽。但是也有因为使用不当偶然使阴极过热；使钨丝表面钍原子蒸发掉；而钨丝内部钍原子，因为钨丝的晶体结构变粗，致使内部钍原子不易扩散出钨的表面，造成发射电子减少。

老勐

我以前参与过电子溅射实验，原理是在高真空环境中给钨丝加热发射电子，让高速电子冲击金属靶子使其原子溅射到样品上，整套装置实际可以相当于一个大型电子三极管。可惜是科研设备不能随便改造，不然用它可以玩的很花。

灯胆迷

多谢版主科普。

上1秒

科普知识，非常好！

zzfjct

老勐 发表于 2022-9-10 18:22
我以前参与过电子溅射实验，原理是在高真空环境中给钨丝加热发射电子，让高速电子冲击金属靶子使其原子溅射 ...

只知道真空溅射是一种涂膜方式。

大清国要完

liangbg 发表于 2022-9-10 12:31
是不是说：钨做阴极的电子管，虽然效率不高，但寿命长，只要灯丝不断、管不漏气性能就有保障？

纯钨丝的问题是钨的电子溢出温度很高，因此阴极需要烧很高的温度，耗电量非常大，而且温度高了导致栅极盒阳极的散热要求也更高，因此电子管比同体积的复合阴极电子管大很多，功耗也高很多，而且栅极还不能太靠近阴极。