Катодний вузол для електронно-променевих приладів

Катодний вузол для електронно-променевих приладів, що складається з основи з електроізо 3 місцеположення емітера негативно впливає на стабільність електричних параметрів електронопроменевих приладів, в яких встановлено такі катодні вузли. Особливо недопустимим є використання конструкції катода, що описується, в кольоровому кінескопі, де стабільність запірних напруг, які визначаються осьовим місцеположенням емітерів, є однією з умов його нормального функціювання в тому чи іншому приладі. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, по технічній суті і конструкції є катодний вузол для електронних приладів [Авторське свідоцтво СРСР №1561738, МПК H01J 1/15, заявл. 29.02.88 прототип], який має в своєму складі основу з електроізоляційного матеріалу, тіло розжарювання з тонкого вольфрамового дроту, закріплене на тримачах, жорстко з’єднаних з основою, термоелектронний емітер, закріплений на тілі розжарювання в його центрі, суміщеному з віссю катодного вузла, і штирі, закріплені кожен одним кінцем до верхньої частини основи, а другим примикаючі до емітера з різних його сторін, не маючи з ним безпосереднього контакту. Один з штирів "підпирає" емітер з його тильної сторони (протилежної робочій). Всі штирі на кінцях, примикаючих до емітера, мають загострення діаметром 0,025 10% мм. Відстань між загостреними кінцями штирів і емітером складає 0,05мм. Роль голкоподібних штирів полягає в тому, що вони обмежують можливість зміщення емітера в сторони і вниз до основи. Дана конструкція катодного вузла має слідуючі недоліки. По-перше, вона не дозволяє повністю позбутися можливості поперечного зміщення емітера, бо штирі встановлені від нього на відстані 0,05мм, тобто, зона нестабільності місцеположення емітера складає при цьому 0,1мм. Реально вказана зона нестабільності може сягати величин, більших зазначеної, через те, що з часом роботи катода відбувається руйнування загостреної частини штирів внаслідок деструктивного впливу на неї високої температури емітера і хімічних реакцій з участю емісійноактивних речовин, присутніх в складі емітера. По-друге, відома конструкція катодного вузла не вирішує проблеми осьового зміщення емітера в напрямку від основи, причини і наслідки чого відмічені вище. Крім того, відома, конструкція не запобігає можливому нахилу робочої поверхні емітера в процесі довготривалої роботи катодного вузла, бо загострені кінці штирів механічно не з’єднані з тілом емітера і, отже, не виконують ролі жорсткої фіксації його в просторі. Це, приводить до порушення фокусування електронного променя, створюваного таким катодним вузлом. Ще одним недоліком відомої конструкції є її складність і нетехнологічність при виготовлені катодних вузлів, особливо, при їх серійному виробництві, через необхідність монтажу і кріплення великої кількості штирів (в тому числі, за допомогою приклеювання їх до основи вакуумцементом) з високою точністю дотримання малої відстані від емітера. Зазначені недоліки відомих конструкцій катодного вузла прямого розжарювання спонукали пошук нових технічних рішень, які забезпечували б 89158 4 стабільність місцеположення термоелектронного емітера на протязі всього терміну служби катодного вузла в електроннопроменевому приладі. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача створення придатної для серійного виробництва надійної конструкції катодного вузла прямого розжарювання з високою стабільністю робочих параметрів. Поставлена задача вирішується тим, що в катодному вузлі для електроннопроменевих приладів, що має в своєму складі основу з електроізоляційного матеріалу, тіло розжарювання, закріплене на тримачах, жорстко з'єднаних з основою, термоелектронний емітер, закріплений на тілі розжарювання в його центрі, суміщеному з віссю катодного вузла, і штирі, прикріплені кожен одним кінцем до верхньої частини основи, а другим примикаючі до емітера, згідно винаходу, штирі виготовлені з тугоплавкого дроту в вигляді двох прямолінійних відрізків і розміщені в площині, перпендикулярній площині розташування тіла розжарювання, так, що між собою вони утворюють розгорнутий в напрямку основи гострий кут, бісектриса якого співпадає з віссю катодного вузла, а промені перетинають основу по периметру її верхньої частини, при цьому кінцями, примикаючими до емітера, вказані відрізки безпосередньо прикріплені до нього в двох діаметрально протилежних периферійних точках, рівновіддалених від центра тіла розжарювання. Технічна суть винаходу, що заявляється, полягає в тому, що штирі, в якості яких взято два прямолінійні відрізки тугоплавкого дроту, будучи жорстко прикріпленими одним кінцем до основи по периметру її верхньої частини, а другим до термоелектронного емітера в його діаметрально протилежних периферійних точках, виконують роль стабілізуючих конструктивних елементів, обмежуючих ступені свободи для будь-яких можливих зміщень емітера, як в поперечному відносно вісі основи напрямку, так і вздовж її. При цьому те; що вказані відрізки встановлені між собою під гострим кутом, розгорнутим в напрямку основи поперек площини розташування тіла розжарювання, свідчить про вирішення проблеми жорсткої фіксації місцеположення термоелектронного емітера в поперечному (відносно площини вигину підігрівача) і осьовому (відносно основи) напрямках. Те, що бісектриса згаданого гострого кута співпадає з віссю катодного вузла, а промені перетинають основу по периметру її верхньої частини, свідчить про симетричність конструкції, що здійснює фіксацію термоелектронного емітера, і, отже, про збереження її максимальної формостійкості при високотемпературних навантаженнях за рахунок рівноваги термомеханічних процесів в окремих складових її елементах з однаковими геометричними параметрами. Однаковість геометричних параметрів елементів конструкції, що здійснює фіксацію термоелектронного емітера, забезпечується тим, що прямолінійні відрізки вольфрамового дроту безпосередньо прикріплені одними кінцями до емітера в двох його діаметрально протилежних периферійних точках, рівновіддалених від центра тіла розжарювання, а другими до максимально віддалених 5 точок основи. Ця ознака винаходу, що пропонується, свідчить про однаковість як довжини, так і кутів нахилу (до вісі основи) складових елементів конструкції, що стабілізує місцеположення термоелектронного емітера в трьохвимірному просторі. Завдяки тому, що струм розжарювання по запропонованим відрізкам вольфрамового дроту не проходить, вони нагріваються тільки за рахунок теплового контакту з емітером і, отже, практично не подовжуються при роботі катодного вузла. Це дозволяє, на відміну від відомих рішень, утримувати емітер в достатньо високому по рівню стабільності положенні при включенні електроннопроменевого приладу, спорядженого катодом, що пропонується. Маюче місце теплове подовження дроту підігрівача компенсується при цьому за рахунок зміни радіуса арки, в формі якої виконано підігрівач. Таким чином, осьове температурне зміщення емітера в напрямку від основи визначається не підігрівачем, як в відомих конструкціях катодних вузлів прямого розжарювання, а запропонованими відрізками тугоплавкого дроту, а саме, їх тепловими і геометричними характеристиками. Те, що штирі виконані з тугоплавкого дроту, свідчить про забезпечення високої термічної і хімічної стійкості зони кріплення їх до емітера, працюючого при високих температурах. Відсутність процесів термічної і хімічної деструкції зон кріплення емітера сприяє стабілізації його положення на протязі всього терміну служби катодного вузла, що заявляється. Те, що кількість штирів зменшена до двох, а також те, що вони не потребують високої точності розміщення відносно поверхні емітера, значно спрощує процес виготовлення катодного вузла, що заявляється, і відкриває можливість його серійного виробництва. Стабільність місцеположення термоелектронного емітера при експлуатації катодного вузла, що заявляється, визначається формостійкістю конструкції, що утримує емітер. Ця конструкція представляє собою рівнобедрений трикутник, бічні сторони якого утворені прямолінійними відрізками тонкого вольфрамового дроту, а основою є базова відстань між точками кріплення вказаних відрізків до верхньої частини основи катодного вузла. Механічна жорсткість такої конструкції і її температурна стійкість визначаються кутом, під яким розміщено відрізки вольфрамового дроту. Визначимо оптимальний з вказаної точки зору діапазон цих кутів. Для цього виконаємо аналітичний розрахунок параметричної залежності величини температурного зміщення ДН вершини цього трикутника від кута взаємного розміщення відрізків вольфрамового дроту, довжина і яких набуває певного приросту l під дією температури. В результаті розрахунків одержимо: l2 2l l l2 cos l cos . 2 2 Аналіз приведеної залежності показує, що при H 45 починається різкий ріст H , тобто, опти2 мальні значення кутів взаємного розміщення відрізків вольфрамового дроту не повинні перевищува 89158 6 ти 90 . Нижня межа оптимальних кутів не може бути рівною 0 , бо в цьому випадку відрізки вольфрамового дроту стоять паралельно самі собі, що, як відомо, різко знижує формостійкість конструкції в поперечному напрямі. Отже, оптимальним є розміщення відрізків вольфрамового дроту під гострим кутом. Конкретний приклад реалізації винаходу, що заявляється. Типовий варіант конструкції катодного вузла, що заявляється, представлено на Фіг. Він має в своєму складі основу 1 з електроізоляційного матеріалу, закріплене на струмопідвідних тримачах 2 тіло розжарювання з вольфрамового дроту 3, термоелектронний емітер 4, закріплений на тілі розжарювання 3 в його центрі, суміщеному з віссю 0 катодного вузла, і два штирі 5, які розміщені в площині, перпендикулярній площині розташування тіла розжарювання 3, і закріплені кожен одним своїм кінцем до верхньої частини основи 1, а другим безпосередньо до емітера 4 таким чином, що між собою вони утворюють розгорнутий в напрямку основи 1 гострий кут , бісектриса якого співпадає з віссю 0 катодного вузла, а промені перетинають основу по периметру її верхньої частини в місцях кріплення 6 штирів 5. Місця кріплення 6 штирів 5 до емітера 4 розміщені в двох його діаметрально протилежних периферійних точках, які рівновіддалені від центра тіла розжарювання 3. Штирі 5 виконані в вигляді прямолінійних відрізків тонкого тугоплавкого дроту однакової довжини і товщини. Місця кріплення штирів 6 до основи 1 розташовані на верхньому торці металевого трубчатого корпуса 7, який жорстко охоплює діелектричну основу зовні і служить для приварювання катодного вузла до металічних елементів відповідного посадкового місця емісійної системи електропроменевого приладу. Практично реалізований і випробуваний варіант описаної вище конструкції катодного вузла має слідуючі геометричні і електричні параметри: - матеріал тіла розжарювання і штирів - дріт з вольфрам-ренієвого сплаву ВР-20-Г2-50; - діаметр дроту - 0,05мм; - довжина дроту тіла розжарювання - 3,2мм; - довжина кожного штиря - 3,5мм; - форма емітера - паралелепіпед розміром 0,8х 0,8 0,17мм3; - матеріал емітера - сплав іридій-церій-гафнійвольфрам: - точки приварювання штирів до емітера - середина протилежних бокових граней; - кут, утворюваний штирями, - 45 ; - зовнішній діаметр металевого корпуса катодного вузла - 3,2мм; - діаметр тримачів із сплаву 29НК - 0,4мм; - робоча температура емітера 1450 С; - струм розжарювання катодного вузла 0,9А: - напруга розжарювання 1,5В; - час готовності - 1 сек.; - зона нестабільності місцеположення емітера - 0,02мм. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 89158 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601