Почему греются аноды радиоламп

Опубликовано 28.07.2010 Ведущий Филипп Болгов

Аноды радиоламп во время работы сильно греются. У мощных усилительных ламп они нагреваются настолько, что раскаляются докрасна. У больших генераторных ламп необходимо специальное охлаждение анодов - водяное или воздушное, иначе они могут расплавиться. А почему же все-таки аноды так греются? Ответ как будто не вызывает затруднений: нагрев производит электрический ток. Через лампу течет анодный ток, который и разогревает анод. Так же некоторое влияние оказывает разогретый катод, но этим можно пренебречь, по причине того, что в случае нагрева анода теплом катода - первой должна расплавиться сетка, как более близко расположенная. Значит, на разогрев анода влияют другие факторы. Прохождение электрического тока всегда сопровождается выделением тепла, а закон Джоуля - Ленца определяет это количество тепла. Но сопротивление анода очень мало и выделяющееся в нем тепло ничтожно. Это легко подтвердить вычислением. Например, сопротивление анода лампы 6Н6П равно примерно 0,01 Ома, а анодный ток не превышает 40 мА. Следовательно, на аноде в течение секунды выделится не более 16 миллионных Джоуля. Поэтому говорить о сколько-нибудь заметном нагревании анода анодным током не приходится. А все-таки анод нагревается, и очень сильно. В чем же тут дело?
Анод нагревается в результате резкого торможения электронов. Электроны несутся в пространстве катод-анод со скоростью, измеряемой тысячами километров в секунду. Достигнув анода, они продолжают движение в нем, но уже со скоростью, измеряемой миллиметрами в секунду. На поверхности анода электроны ударяются о частицы материала, из которых он изготовлен и отдают им свою энергию движения. Их кинетическая энергия превращается в тепловую и нагревает анод. По сути дела мы видим такой же "механизм" нагревания, как и при прохождении тока через сопротивление: электроны, сталкиваясь с частицами вещества, отдают им свою энергию. Но вследствие большей скорости электронов тепла выделится гораздо больше. В результате такой бомбардировки электронами аноды ламп и нагреваются. Это опасно во многих отношениях. Например, при слишком высокой температуре анода из металла может начать выделяться газ, в результате чего в лампе снизится вакуум, и ее рабочие характеристики ухудшатся. Также нагрев анода создает дополнительный нагрев катода. Для оксидных катодов, работающих при сравнительно низкой температуре, это может оказаться губительным, потому что оксидные катоды при перегреве теряют эмиссию. Как же можно уменьшить нагрев анода? Самый простой способ - увеличить поверхность анода, с тем, чтобы на единицу его площади приходилась меньшая мощность рассеяния. Но этот способ связан с увеличением общих размеров лампы, что удорожает ее, увеличивает размеры аппаратуры и затрудняет обращение с ней.
Чтобы понизить температуру анода, не увеличивая его размеров, надо найти возможность отводить выделяющееся на нем тепло. Поскольку анод находится в вакууме, осуществить отвод тепла можно только излучением.
Из физики известно, что наилучшим лучеиспусканием обладают черные тела. Эта особенность и использована для охлаждения анодов. Опыты показали, что черненые аноды нагреваются значительно меньше нечерненых, выполненных из такого же материала. Применение таких анодов позволило значительно уменьшить размеры радиоламп и избавило от многих неприятных моментов, связанных с их перегревом и выходом из строя.