ЭЛЕКТРОННЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПРИБОР

Полезная модель относится к области электронных вакуумных приборов и, в частности, рассматривает конструкцию тетрода.
Известны электронные вакуумные приборы с расслоенным электронным потоком, например, тетроды - электронная лампа, имеющая 4 электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), 2 сетки (управляющую и экранирующую) и анод. Основой этих ламп (лучевой тетрод) стал так называемый лучевой принцип формирования потока электронов: управляющая и экранная сетки тетрода выполнялись идентичными, то есть из одинаковой проволоки, с одинаковым шагом и числом витков, различаясь только диаметрами эллипса. При этом сетки устанавливались на крепящих траверсах таким образом, что витки экранной сетки располагались точно против витков управляющей сетки и как бы «прятались» за ее витками. В результате электроны по пути к аноду «огибали» витки экранной сетки, не оседая на ней и не создавая постоянного экранного тока. Одновременно «сжатые» в узкие лучи электроны увеличивали плотность электронного потока настолько, что в промежутке между экранной сеткой и анодом образовывалась виртуальная область, имеющая потенциал ниже анодного и препятствующая возникновению встречного («динатронного») потока электронов.
В местах крепления сеток траверсы как бы преграждают путь электронному потоку, искажая тем самым общий «лучевой» характер анодного тока. Чтобы исключить это влияние на общую анодную характеристику, в местах установки траверс между ними и анодом устанавливают специальные сплошные металлические пластины, отгораживающие траверсы от анода, а сам анод в этих местах выполняют с П-образным изгибом, чтобы увеличить расстояние между ним и траверсами экранной сетки. Такая своеобразная форма анода является верным признаком лучевых ламп.Эти дополнительные экранирующие пластины всегда соединяются внутри лампы с катодом, имеющим нулевой потенциал, что дополнительно способствует созданию виртуальной области между анодом и экранной сеткой.
Лучевые тетроды создавались специально для каскадов усиления мощности и использовались в оконечных каскадах УНЧ, телевизионных развертках и передатчиках. В современной промышленной и любительской практике наиболее распространены выходные лучевые тетроды, разработанные специально для УНЧ. Особые типы лучевых тетродов были оптимизированы для мощных каскадов строчной развертки и также могут работать в выходных каскадах УНЧ. Отдельные маломощные лучевые тетроды были предназначены для усиления высоких частот и могут эффективно работать в триодном включении.
В US 3254258, H01J 19/42, опубл. 31.05.1966, описана электронно-вакуумная трубка с сеточным узлом, имеющим диэлектрический штифт для крепления сеток. Штифт выполнен с переменным диаметром конической формы и имеет элемент в форме диска. Конической концевой частью штифт проходит через отверстие в металлической вставке. При нагревании катод расширяется и приближается к дисковому элементу поддерживающего штифта, металлическая вставка прогибается, и тем самым сохраняется расстояние между катодом и сеткой управления. Также это устройство устраняет шум, когда трубка прибора подвергается ударам и вибрации.
Из US 5206565, H01J 19/14; H01J 19/42, H01J 21/14, опубл. 27.04.1993, известна мощная электронно-лучевая трубка в форме тетрода. Трубка содержит коаксиально расположенные электроды, в том числе цилиндрический косвенного нагрева катод, цилиндрические экранирующие и управляющие сетки и анод, где расстояние между управляющей сеткой и катодом и расстояние между управляющей сеткой и экранирующей сеткой составляет менее 1 мм. Небольшие расстояния между электродами с допусками в пределах от 1/100 мм обеспечиваются с помощью керамического узла крепления сеток, состоящего из полого цилиндра и двух дисков. Управляющая и экранирующая сетки, установлены на пластине, опирающейся на катод, и удерживаются с помощью дисков керамического узла крепления. Данная конструкция позволяет поддерживать требуемое расстояние между сетками. Принято в качестве прототипа.
В таких приборах, как правило, для получения высоких показателей и их стабильности первая сетка устанавливается на небольших расстояниях в пределах нескольких десятых миллиметра, а по форме представляют собой цилиндр с соотношением диаметра к высоте как 1:(1,2-2). Вторая сетка располагается также достаточно близко, в пределах 0,5:0,6 мм от первой.
Подобное расположение катода и сеток требует сохранения их взаимного расположения в течение всего времени работы и изменения температуры катода при его нагреве и выходе в рабочий режим. Конструкция известного прибора представлена на фиг.1 - прототип.
Для обеспечения, перечисленных выше требований катод 1, сетку первую 2 и сетку вторую 3 (фиг.1) устанавливают, юстируют в определенное положение и жестко закрепляют на одном жестком основании - ножке 4, которая выполняет также функции узла, обеспечивающего изоляцию подогревателя 5 и анода 6 и всех перечисленных элементов электронного прибора друг от друга. Ножка 4 вместе с анодом 6 образуют вакуумную оболочку всего прибора.
Закрепление катода и сетки на одном основании не гарантирует сохранения их первоначального положения при нагреве катода, поэтому в известных конструкциях верхнюю часть этих элементов соединяют друг с другом диэлектрическим элементом - штифтом 7 следующим образом. Штифт припаивают высокотемпературным припоем к первом сетке, среднему по положению элементу через фланец 8, затем вводят в отверстие, выполненное в центре верхней части катода с малым зазором, существенно меньшим расстоянием между катодом и первой сеткой.
Это происходит из-за того, что первая сетка расположена ближе к катоду, у которого температура достигает 800°С и более, и является, по сути, тепловым экраном и нагревается до высокой температуры, примерно до 650°С. Вторая сетка, более удаленная от катода и находящаяся в тени первой, нагревается менее первой.
Механическая прочность двух сеток разная, так как их геометрические размеры отличаются друг от друга, температура их различна и, в следствие этого, изменение размеров из-за температуры у двух сеток различны.
Соединяющий их керамический штифт 7, жестко закрепленный на донышках сеток, не дает им занять то положение, какое заняли бы сетки, находясь в свободном состоянии. В результате возникают механические напряжения, которые приводят к деформации первой сетки, искажению ее формы, образующие ее стержни изгибаются, расстояние между ними и катодом сокращается, в результате чего и возникает короткое замыкание.
На изменение взаимного положения катода и первой сетки влияет также величина зазора между штифтом и стенками отверстия катода, величина этого зазора увеличивается с ростом температуры и в рабочем состоянии достигает максимального значения. Это приводит к дополнительному смещению первой сетки и увеличивает вероятность короткого замыкания.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении долговечности и эксплуатационной надежности за счет устранения склонности к коротким замыканиям катод-первая сетка и выход. Так же полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении стабильности работы прибора, упрощении изготовления прибора в целом и повышении надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что в электронном вакуумном приборе, содержащем вакуумную оболочку, включающий ножку с выводами, анод с концентрическими ребрами и радиатором, катод и две сетки расположенные коаксиально с катодом, при этом катод и обе сетки соединены друг с другом диэлектрическим штифтом, который жестко закреплен на глухом дне первой сетки и свободно проходящем через отверстие в катоде и жестко закреплен на второй сетке с целью фиксациии удержания расстояния между сетками и первой сеткой и катодом, с целью повышения стабильности работы прибора, упрощения изготовления прибора в целом, исключения коротких замыканий между катодом и первой сеткой и повышение надежности, диэлектрический штифт выполнен переменного сечения ступенчато и жестко закреплен концом с большим диаметром в дне второй сетки, свободно проходит в отверстиях, расположенных в дне первой сетки и крышке катода, при этом отверстие в дне первой сетки больше отверстия в катоде, но каждое из этих отверстий соответствует диаметру штифта в месте его соприкосновения с первой сеткой и катодом, при этом соотношение диаметров штифта у катода, у первой сетки, в месте закрепления у второй сетки выбраны обратно пропорционально температурным коэффициентам линейного расширения материалов, из которых изготовлены катод, первая и вторая сетки при их рабочих температурах.
Указанные признаки существенны и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг.1 представлено схемное решение тетрода по прототипу;
фиг.2 - схемное решение тетрода по полезной модели;
фиг.3 - конструкция штифта.
В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция тетрода с расслоенным электронным потоком, свободная от недостатка прототипа: склонности к коротким замыканиям катод-первая сетка и выходу, приводящей, в результате, к выходу прибора из строя.
В электронном вакуумном приборе катод 1, сетка первая 2 и сетка вторая 3 (фиг.2), расположенные коаксиально с катодом, жестко закреплены на одном жестком основании - ножке 4, которая выполняет также функции узла, обеспечивающего изоляцию подогревателя 5 и анода 6 с концентрическими ребрами и радиатором и всех перечисленных элементов электронного прибора друг от друга. Ножка 4 с выводами вместе с анодом 6 образуют вакуумную оболочку всего прибора. Катод и обе сетки для сохранения их первоначального положения соединены друг с другом диэлектрическим элементом - диэлектрическим штифтом 7. Катод и обе сетки выполнены из материала с близким или совпадающим температурным коэффициентом линейного расширения, а их диаметры в сечениях соприкосновения с катодом, сеткой первой, сеткой второй выбраны из соотношения 1:1,1:1,2.
В рамках настоящей полезной модели решается задача исключения склонности к коротким замыканиям катод-первая сетка и выход. Достигается это конструктивным решением, сущность которого поясняется фиг.2. На этом рисунке приняты те же обозначения, что и на фиг.1. Существенными отличиями предлагаемой конструкции является то, что изменены форма штифта и его крепление.
1
2
Штифт 7 выполнен с переменным сечением (фиг.3), при этом его диаметр Dк в части входящей в отверстие катода существенно меньше диаметра в месте его соприкосновения с сеткой первой Dc, а в области соприкосновения со второй сеткой диаметр Dc еще больше, чем в месте соприкосновения с сеткой первой. Соотношение величин диаметров установлено в зависимости от коэффициентов термического расширения материалов, из которых изготовлены катод и сетки прибора с учетом температуры этих элементов в рабочем режиме прибора. Штифт выполнен с тремя различными диаметрами в соотношении 1:(1,8-2,2):(2,5-3). Штифт жестко закреплен на глухом дне первой сетки и свободно проходящем через отверстие в катоде и жестко закреплен на второй сетке с целью фиксации и удержания расстояния между сетками и первой сеткой и катодом.
Другим существенным отличием предлагаемой конструкции является то, что
жесткое крепление диэлектрического штифта выполнено только со второй сеткой, причем оно осуществлено пайкой через увеличенный диаметр посредством стакана 9, который в свою очередь сваркой соединен с сеткой второй.
Такое конструктивное решение позволяет установить штифт строго по оси сетки второй и при сборке катодносеточного узла выполнить его строго коаксиальным и симметричным, что существенно повышает термомеханическую устойчивость всей конструкции.
При изменении температуры катода и всего прибора в целом в предлагаемой конструкции взаимное перемещение катода и сеток допускается вдоль оси штифта и из-за того, что сетка первая потеряла жесткое соединение со штифтом и второй сеткой перемещения катода и сеток вдоль общей оси исключает возможность изменения расстояния между ними и возникновения коротких замыканий. Кроме того, термомеханическая устойчивость прибора повышает стабильность и электрических параметров прибора, так как в процессе работы происходит только перемещение вдоль оси и не изменяются зазоры между ними, которые и определяют первоначальные значения параметров.
Таким образом, предлагаемая нами конструкция устраняет недостатки известной и позволяет обеспечить лучшую стабильность параметров и отсутствие коротких замыканий и, следовательно, более высокую надежность всего прибора.