О долговечности электронных ламп

О долговечности электронных ламп
(Radioamator i Krótkofalowiec 1970/02)

   В настоящее время в Польше зарегистрировано более трех миллионов телевизоров. Это почти исключительно приемники на основе электронных ламп, и можно предположить, что в ближайшем будущем электронные лампы не будут полностью заменены транзисторами. Взяв в среднем 15 электронных ламп в одном телевизоре и добавив к ним электронные лампы, работающие в радиоприемниках и магнитофонах, вы получите примерно 70 миллионов электронных ламп, систематически используемых в этих устройствах. Из-за их огромного количества интересно время «жизни» электронной лампы. Обычно на заводах гарантируется наработка таких электронных ламп от одной тысячи до нескольких тысяч часов. Это, конечно, не означает, что электронная лампа (работающая в надлежащих условиях) не может «закончиться» до истечения этого времени или проработать гораздо большее количество часов.

   В будущем электронные лампы не будут полностью заменены транзисторами. Взяв в среднем 15 электронных ламп в одном телевизоре и добавив к ним электронные лампы, работающие в радиоприемниках и магнитофонах, вы получите примерно 70 миллионов электронных ламп, систематически используемых в этих устройствах. Из-за их огромного количества интересно время «жизни» электронной лампы. Обычно на заводах гарантируется наработка таких электронных ламп от одной тысячи до нескольких тысяч часов. Это, конечно, не означает, что электронная лампа (работающая в надлежащих условиях) не может «закончиться» до истечения этого времени или проработать гораздо большее количество часов.

   Вероятность правильной работы в течение гарантированного периода времени находится в пределах от 90% до 98%. Знание процессов износа электронных ламп накладывает определенные правила их эксплуатации, соблюдение которых значительно продлевает срок их службы.

   Долговечность электронной лампы в основном определяется ее нагревом катода и самим катодом. Температура других электродов в значительной степени зависит от температуры катода, то есть скорости всех происходящих физико-химических процессов, которая увеличивается с повышением температуры. Обычно в электронных лампах используются оксидные катоды. Такой катод обычно делают из тонкого никелевого цилиндра, покрытого слоем оксида бария или оксида стронция. В процессе формирования и активации катода оксиды частично разлагаются.

   Освободившийся кислород перекачивается или поглощается газопоглотителем, в то время как атомы щелочноземельных металлов остаются внутри кристаллической решетки оксидов. В результате образуется некоторое количество свободных атомов бария или стронция. Эти атомы играют важную роль в механизме действия оксидного катода. Чистый оксид бария является диэлектриком, но наличие свободных атомов бария придает ему полупроводниковые свойства с наличием свободных электронов, которые должны испускаться.

   Из-за высокой температуры катода между цилиндрической металлической подложкой и оксидным слоем образуется промежуточный слой. Он состоит в основном из ортосиликата бария Ba2SiO4, который имеет относительно высокое электрическое сопротивление. Толщина этого слоя увеличивается в процессе эксплуатации трубки, а само сопротивление отрицательно сказывается на ее работе. Это сопротивление создает определенную обратную связь (аналогичную резистору, подключенному к катоду), что приводит к уменьшению анодного тока и коэффициента усиления. На долговечность электронной лампы в значительной степени влияет поддержание соответствующей температуры катода. Перегрев или недостаточный нагрев вредны для оксидного катода и сокращают срок его службы.

   При более высоких температурах испарение бария и его оксида более интенсивно, и интенсивность межслоевого роста увеличивается. При более низких температурах катод становится более чувствительным к «химическому отравлению» и ионной бомбардировке, а его поперечное (сквозное) сопротивление увеличивается из-за отрицательного температурного коэффициента. Однако это относится только к значительному недогреву на 20%, в то время как при уменьшении напряжения накала на 5-8% срок службы катода значительно увеличивается. Поскольку сетевое напряжение часто может колебаться в диапазоне от + 10% до -20%, электронные лампы могут работать в очень неблагоприятных условиях. При вышеупомянутых изменениях сетевого напряжения электронная лампа с напряжением накала 6,3 В будет либо сильно перегрета (7 В), либо очень недогрета (5 В).

   Поэтому было бы целесообразно запитать телевизор от хорошего электромагнитного стабилизатора напряжения (РиК № 4/1969).

   В начальный период работы приемника даже стоит снизить напряжение питания на 5-8%, подключив последовательно между выходом стабилизатора и приемником небольшой резистор (15 Ом / 10 Вт). Снижение низкого напряжения также положительно сказывается на долговечности самого катодного нагревателя.

   Алунд, изолирующий волокно нагревателя от катодного цилиндра, претерпевает изменения во время работы трубки. Вольфрам, из которого сделана нить, диффундирует в изолирующий слой, создавая алюминиевый вольфрам с гораздо худшими изоляционными свойствами, чем алунд.

   Следовательно, при более высоких температурах, и особенно когда катод имеет положительный потенциал по отношению к нагревателю, вероятность пробоя катод-нагреватель увеличивается.

   Во время работы вакуумной лампы ее нить нагревается до высокой температуры 1200oC ÷ 1400oC. Это приводит к нагреву всех остальных элементов и электродов вакуумной лампы: катода, сеток, экрана, анодов и корпуса. Кроме того, нагрев трубчатых элементов увеличивается из-за мощности, рассеиваемой на электродах при протекании через них тока. Нагреваемые элементы вакуумной трубки становятся источником испускания различных содержащихся в них газов. Выделяющиеся газы губительно действуют на катод лампы, окисляют активный слой, что приводит к уменьшению тока эмиссии, который определяет крутизну, коэффициент усиления и выходную мощность лампы. Это особенно относится к лампам, используемым в ТВ-приемниках: PL500, PL36, PCL86, PCL85, PL84, PCL82 и т. Д. Поэтому для увеличения времени работы лампы настоятельно рекомендуется небольшое снижение анодного напряжения. Так называемые «тепловые трубки» также можно использовать для уменьшения нагрева трубки за счет применения на трубках металлических колпачков с ребрами жесткости.

   Современные телевизоры, а чаще еще и радиоприемники, почти всегда имеют в системе питания полупроводниковые выпрямители. После подключения прибора к сети на только прогревающихся катодах сразу появляется полное анодное напряжение. Напряжение на аноде в этот период еще выше, потому что система еще не потребляет ток. Такая ситуация вредна для электронных ламп устройства. Следовательно, на срок службы трубок отрицательно повлияет частота включения устройства.

   Этот недостаток можно устранить разными способами. Самый простой способ - установить в цепи дополнительный выключатель после первого электролитического конденсатора блока питания, с помощью которого анодное напряжение включается вручную уже через несколько минут после включения приемника в сеть. При этом катоды трубок нагреваются до достаточно высокой температуры. Включение анодного напряжения также можно задержать с помощью дополнительной вакуумной трубки с подходящим реле или с помощью биметаллического переключателя.

   Предлагаемое использование телевизоров значительно продлевает срок их службы. Мой телевизор типа Delta AT-550 (стабилизатор и дополнительный выключатель) работает три года, не повредив лампу.

Bolesław Gonet