Для того чтобы посторонние тела, т.е. частицы газа, не влияли на поток электронов, мчащийся с катода на анод, из баллона лампы выкачивают воздух. Однако полностью удалить газ из баллона невозможно. Частицы газа остаются, прилипнув к стеклу баллона, в порах металлических частей лампы, главным образом в порах анода, итд. О степени разрежения газа в баллоне лампы судят по величине давления оставшихся газов, которое измеряется в миллиметрах ртутного столба. Давление оставшихся газов в современной лампе хорошего качества не превышает 10~7 мм (нормальное атмосферное давление 760 мм рт. ст.). Такое ничтожное количество газа практически уже не влияет на электронный поток. Интересуют инвестиции в бинарные опционы? Заходите на сайт utrader.
Чтобы получить сильное разрежение, или высокий вакуум, откачку производят несколькими насосами, включенными последовательно.
Во время откачки лампы стеклянный баллон обычно нагревается до температуры 400—450°С, для того чтобы выделить газ из стекла баллона; больший нагрев применить нельзя, так как он может повлечь за собой размягчение стекла и возможнее повреждение баллона внешним давлением воздуха. Металлические части лампы, главным образом анод, во время откачки также поддерживаются в раскаленном состоянии. Для этой цели обычно пользуются индукционными токами. Откачиваемая лампа помещается внутри катушки (соленоида), через которую пропускают переменный ток очень большой частоты. Во всех металлических частях лампы индуктируются вихревые токи, которые и нагревают их.
Другой распространенный метод нагрева анода при откачке заключается в том, что аноду сообщают высокий положительный потенциал и нагревают катод, пропуская через него ток. Анод нагревается в этом случае под действием электронной бомбардировки. Газы, которые выделяются из пор раскаленного анода и стеклянного баллона, удаляются насосом.
Для получения в лампе еще более высокого вакуума в баллоне ее распыляются специальные вещества, обладающие способностью поглощать газы. Эти вещества носят общее название геттеров. В качестве геттера раньше применялся магний. Распыление магния производилось нагреванием его индукционными токами. Пары магния, вступая в химические соединения с остатками газов, осаждаются на стенках баллона в виде непрозрачного зеркального налета.
В качестве геттера в современных лампах наиболее часто применяют барий. Поглощающие свойства паров бария значительно больше, поэтому в случае применения бариевого геттера допускается менее тщательная откачка. Соединяясь с газами, имеющимися в лампе, и поглощая их, частицы бария осаждаются на стенках баллона в виде темного налета. Уменьшение темного налета указывает на появление в баллоне газа; если в баллон попадает большое количество газа, то темный налет исчезает.
Процесс получения высокого вакуума, т. е. процесс откачки ламп, сложен и дорог. Но что же будет происходить в лампе, если в ней останется большое количество газов? Когда еще не умели получать большие разрежения, было замечено, что анодный ток таких ламп значительно изменяется даже при постоянном анодном напряжении и постоянном накале из-за наличия значительной ионизации.
При наличии ионизации в лампе на анод попадают, кроме основных электронов, вылетевших из катода, еще и электроны, выбитые ими из молекул оставшегося в лампе газа, и анодный ток возрастает. Так как процесс ионизации непостоянен, то и анодный ток также может иметь некоторые колебания, что и наблюдается в лампах с плохим вакуумом.
Положительные ионы, которые образуются в пространстве между катодом и анодом, падают на катод со скоростью, которая зависит от разности потенциалов между катодом и анодом, т. е. от анодного напряжения. При высоких анодных напряжениях ионы падают на катод с большой скоростью и вызывают значительные разрушения тонкой нити катода. Ионизация остатков воздуха или газа сопровождается голубым свечением. Все пространство между катодом и анодом в таких лампах имеет характерное, легко заметное свечение.
Таким образом, наличие ионизации в двухэлектродной лампе вызывает разрушение катода и, следовательно, сокращение срока его службы. Если ионизация возникает при высоком анодном напряжении, то разрушение катода может быть настолько быстрым, что лампа гибнет в несколько минут. Для каждого типа лампы заводом указывается максимальное анодное напряжение, которое нельзя превышать в процессе эксплуатация.
Величина максимального анодного напряжения, которое может быть приложено к лампе без вреда для нее, зависит главным образом от вакуума лампы и прочности катода. Чем лучше вакуум лампы и чем прочнее катод, тем более высокое анодное напряжение можно допустить в процессе ее работы.
Рассматривая ниже режимы работы выпрямителей, в которых применяются двухэлектродные лампы, мы увидим, что при некоторых неисправностях в выпрямителе возможно значительное повышение анодного напряжения, которое, естественно, влечет за собой сильное увеличение ионизации (в баллоне появляется значительное свечение), и катод лампы быстро разрушается. Однако даже в хорошо откачанной лампе в процессе ее работы может появиться газ, и лампа под действием ионизации быстро придет в негодность. Если мощность рассеяния на аноде будет больше допустимой, т. е. если анод нагреется больше, чем это допускается для данного типа лампы, то из пор нагретого анода выделятся частицы окклюдированного газа, и вакуум лампы ухудшится.
Таким образом, вакуум в электронных лампах играет исключительно важную роль.
Нагревание анода электронным потоком вызывает еще целый ряд явлений.
Анод обычно имеет форму цилиндра или плоской коробочки и окружает катод со всех сторон. Для того чтобы анод притягивал электроны при меньших анодных напряжениях, т. е. для уменьшения на нем мощности рассеяния, расстояние между стенками анода и катодом делают очень небольшим (порядка 2—3 мм в кенотронах 5Ц4С и 5U4C). Мы не можем в обычных условиях измерять температуру катода, о ней судят по величине напряжения накала. Однако этот способ не совсем точен. С возрастанием анодного тока увеличивается и нагрев анода, а вследствие этого уменьшается охлаждение катода, и температура его повышается, несмотря на постоянство напряжения накала.
Таким образом, нагрев анода косвенно вызывает повышение температуры катода, а следовательно, и увеличение тока насыщения. Если бы температура катода не зависела от нагрева анода, то ток насыщения имел бы постоянную величину. Но так как температура катода зависит от нагрева анода, ток насыщения не остается постоянным, а медленно возрастает при увеличении анодного напряжения, т.е. при увеличении нагрева анода. Поэтому характеристика лампы не имеет явно выраженного тока насыщения. Это явление хорошо заметно лишь в мощных лампах, аноды которых сильно нагреваются.