2.5. Электронные лампы

Несмотря на то, что электронные лампы стараются не применять в новых разработках электронной аппаратуры, их можно встретить в используемой в настоящее время аппаратуре. Лампы различаются числом электродов (от 3 до 9) и в

зависимости от этого называются: триод, тетрод, пентод, гексод, гептод, октод.и эннод. Двухэлектродная лампа — диод не имеет управляющих сеток и применяется для выпрямления переменного тока.

Приемно-усилительные лампы имеют обозначения, состоящие из четырех элементов. Первый элемент — напряжение накала катода лампы, округленное до целого числа вольт, второй — буква, показывающая тип лампы. Например, маломощные диоды имеют букву Д, двойные диоды — X, диоды для выпрямления переменного тока — Ц, триоды — С, двойные диоды — Н, тетроды — Э, выходные пентоды — П, маломощные пентоды — Ж. Третий элемент — номер разработки, четвертый — буква, показывающая конструктивное оформление: С — стеклянная лампа с баллоном диаметром более 22,5 мм, П — стеклянная миниатюрная («пальчиковая») с баллоном 19 и 22,5 мм, Р, А, Б, Г — сверхминиатюрные стеклянные лампы и т. д. Отсутствие буквы означает металлический баллон.

Параметры некоторых ламп, применяемых в электронной аппаратуре, приводятся в табл. 2.10.

Таблица 2.10 ДАННЫЕ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Условные обозначения:

Rк— сопротивление в цепи катода ламп;

ВЧ — высокая частота;

НЧ — низкая частота

Крутизна характеристики показывает, на сколько изменяется анодный ток лампы при изменении напряжения управляющей сетки на 1 В.

Внутреннее сопротивление показывает, на сколько вольт надо изменить напряжение на аноде лампы, чтобы ее анодный ток изменился на 1 мА.

Электронные лампы считаются наименее надежными элементами аппаратуры. Внезапные отказы ламп обусловлены перегоранием нити накала, потерей вакуума, обрывами и замыканиями элементов.

Постепенные отказы обусловлены снижением эмиссионной способности катода, величины токов, выходной мощности, ростом сеточных токов.

Надежность ламп зависит от их качества, температуры катода при работе, тока эмиссии катода, напряжения на электродах, от мощностей, рассеиваемых на них, тока управляющей сетки, температуры баллона, микроклимата в месте установки, механических нагрузок. Различие в качестве ламп приводит к разбросу их параметров, что при равных условиях работы в схеме приводит к их различной надежности.

Перегрев катода происходит при повышенном напряжении накала. Это приводит к усилению протекания всех физико-химических процессов в лампе и выходу ее из строя. Понижение напряжения накала на несколько процентов ведет к повышению надежности ламп, при этом напряжение должно быть стабилизировано, чтобы не допустить дальнейшего его понижения.

Частой причиной выхода из строя ламп является снижение сопротивления изоляции и пробой ее у подогревателей катодов. Это происходит потому, что атомы вольфрама нити накала подогревателя диффундируют в его изоляцию, ухудшая ее свойства. Происходит пробой этой изоляции, короткое замыкание подогревателя на катод и перегорание подогревателя.

Процессы ухудшения изоляции подогревателя происходят более интенсивно при большой температуре подогревателя и увеличенном напряжении между катодом и подогревателем. Поэтому не следует допускать повышения напряжения накала подогревателя. При эксплуатации ламп нужно следить, чтобы между катодом и подогревателем не превышали допустимых пределов ток утечки и напряжение.

При больших напряжениях на аноде и экранной сетке возможны изменения траектории электронов, часть электронов попадает на детали лампы, образуя электрические заряды, которые искажают электрические поля и изменяют параметры ламп. Увеличивается энергия электронов, которые бомбардируют детали лампы, вызывают выделение газа и ухудшение вакуума, разогрев баллона и других деталей и, как следствие, ухудшение параметров лампы.

Температура баллона оказывает большое влияние на надежность ламп. При увеличении температуры увеличивается интенсивность газовыделения из стекла и его электролиза, который изменяет химический состав стекла и его коэффициент расширения, что может вызвать разгерметизацию в месте выводов. Снижение вакуума в лампе отрицательно влияет на работу катода. Так как стекло баллона почти не прозрачно для инфракрасного излучения, тепло при нагреве электродов лампы передается баллону. Оно отводится за счет конвекции, лучеиспускания и теплопроводности; Теплоотвод для ламп небольшой мощности обычно не предусматривается, и перегрев баллонов является обычным явлением.

При перегреве происходят механические разрушения ламп, видимые снаружи. Например, отваливаются колпачки выводов анодов ламп, окисляются штырьки выводов и ухудшаются контакты лампы со схемой.

Происходит нагрев ламповой панели и, если она не керамическая, через несколько лет подгорает и рассыпается, что ухудшает контакты штырьков в гнездах. Тогда нужно заменять панель на другую, желательно керамическую, хотя и в ней не исключено плохое касание штырьков, их нагрев и ухудшение контакта.

Для понижения температуры баллона лампы можно ставить на нее вплотную к баллону медные или латунные экраны, которые улучшают теплоотвод, принимая тепло на себя и отводя его. Если они мало эффективны, то можно применять радиаторы с хорошим теплоотводом.

Тепловой режим лампы определяют мощности, рассеиваемые на электродах, и температура среды в месте установки лампы. Поэтому при других нормальных условиях нагрузка на лампу и температура среды определяют срок ее службы.

Длительные вибрации и сотрясения приводят также к выходу из строя ламп.

При выходе из строя лампа заменяется на другую такую же, но может быть заменена и на лампу другого типа, если соответствуют ее схема и конструкция.

Отказы ламп можно определить по внешним признакам — нить накала лампы не светится, или нить накала светится, но лампа не греется, как обычно.

В первом случае, если нити накала других ламп светятся, причина может быть в том, что не подходит напряжение накала к подогревателю катода. Причина же этого явления заключается в окислении штырьков выводов электродов лампы или в окислении гнезд панели лампы. В таком случае штырьки можно почистить, например, надфилем, а гнезда — четырехгранным шилом.

Внутренней причиной несвечения нити накала лампы является перегорание подогревателя катода лампы. В таком случае лампу нужно менять.

Если нить накала лампы светится, но лампа не греется, как обычно, то значит, что через нее не проходит поток электронов, т. е. электрический ток. Причина может быть во внешней цепи, когда к лампе не подходят нужные напряжения. Это можно проверить измерением напряжений в схеме у штырьков лампы. При отсутствии напряжений или их уменьшении более чем на 20% причину нужно искать во внешней цепи.

Другой причиной, при наличии напряжений, может быть потеря эмиссии катодом лампы. В таком случае лампу нужно менять.

Белый налет внутри лампы, ее необычное свечение также говорят о выходе из строя лампы.