Chlazení elektronek II
V článku Chlazení elektronek I jsme uvedli stručný přehled způsobů chlazení elektronek. Protože chlazení přijímacích a malých zesilovacích elektronek je specifické, probereme ho podrobněji.
Zdrojem tepla v elektronce je anoda, mřížky (zvláště G2) a žhavicí vlákno. Zpravidla je největším zdrojem tepla anoda, u předzesilovacích elektronek to ale bývá žhavení. Úkolem chlazení je odvést toto teplo a přitom udržet oteplení elektronky na takové úrovni, aby nedošlo k jejímu poškození následkem přehřátí. Pro spolehlivou funkci elektronky nesmí teplota nejteplejšího místa baňky překročit 150÷170°C, jen výjimečně se pro některé elektronky připouští více, až 300°C. Z hlediska teplotního namáhání jsou kritickým místem elektronky zátavy, proto je dovolená teplota patice vždy podstatně nižší než teplota baňky.
Dovolená teplota baňky pro několik typů elektronek je v následující tabulce:
| Typ | Teplota (°C) |
| 6N1P | 180 |
| 6P15P | 180 |
| KT88 | 250 |
| EM800 | 120 |
| E91AA | 165 |
| EL34 | 245 |
| 6080WA | 230 |
Teplo se z baňky odvádí třemi způsoby:
Zářením
Vyzářené teplo je úměrné rozdílu čtvrtých mocnin absolutní teploty baňky a teploty okolí a přímo úměrné bezrozměrné veličině ε, nazývané emisní součinitel (emisivita). Ten charakterizuje vyzařování tělesa ve srovnání s absolutně černým tělesem. Emisní součinitel je závislý na materiálu, jeho opracování a na teplotě ochlazovaného povrchu. Nejmenší emisní součinitel a tedy nejhorší přenos tepla zářením mají leštěné kovové povrchy, nejvyšší emisní součinitel mají hrubé kovové povrchy a povrchy natřené barvou.
Prouděním (konvekcí)
V tomto případě teplo odvádí cirkulující vzduch. Proudí-li vzduch sám, jen díky tomu, že se ohřevem zmenší jeho hustota, mluvíme o vlastní konvekci. Je-li cirkulace vzduchu v přístroji vynucena například ventilátorerm, mluvíme o nucené konvekci.
Vedením
Teplo se odvádí kontaktem baňky nebo patice elektronky s tělesem odvádějícím teplo (chladičem). Sdílení tepla tímto způsobem je úměrné součiniteli tepelné vodivosti. Sdílení tepla vedením je významné jen při vyloučení vzduchového polštáře mezi baňkou a chladičem, již vzduchová vrstva o tloušťce 1mm stačí k tomu, aby se odvod tepla snížil o dva řády.
Nejmenší teplotu má baňka elektronky umístěné svisle na šasi přístroje a vzdálené od krytu i od ostatních elektronek. Nejteplejší místo na baňce je proti středu anody (1). Na krajích baňky (2,3) je teplota 1,2x nižší, dole u kolíků (4) více než 2x nižší. V tomto případě je elektronka chlazena zářením a vlastním prouděním. Chlazení vedením zprostředkují pouze kolíky patice přes objímku a je téměř zanedbatelné.
Obr.1: Rozdělení teploty na baňce elektronky
Při změně okolních podmínek a umístění elektronky se teplota baňky změní takto:
Při zvýšení teploty okolí nad normální pokojovou teplotu se teplota baňky zvýší několikrát méně než teplota okolí. Můžeme počítat s tím, že teplota nejteplejšího místa se zvýší o 10°C na každých 30°C zvýšení teploty okolí.
Je-li elektronka místo svisle umístěna vodorovně, zvýší se teplota baňky o 20÷30°C, neboť se zmenší odvod tepla prouděním.
Přiblížíme-li elektronku ke krytu přístroje, nebo obklopíme-li ji dalšími elektronkami, teplota baňky se zvýší.
Nasadíme-li na elektronku uzavřený stínicí kryt, který se nedotýká baňky, vznikne mezi baňkou a stíněním vrstva vzduchu, zhoršující chlazení prouděním. Baňka se pak v podstatě chladí pouze zářením přes vzduchový polštář. Je-li na elektronku nasazeno uzavřené černé stínění, může teplota vzrůst 1,5x a při nečerněném stínění až 2x vzhledem k elektronce bez stínění.
Použijeme-li černý stínicí kryt s otvory, je elektronka chlazena i prouděním. Přesto je vždy teplota baňky o 5÷20°C vyšší než bez stínění. Účinnost chlazení zlepšuje také otvor nebo dutý nýt v objímce, kterým má vzduch přístup i ke kolíkům patice.
Z údajů uvedených v předchozích odstavcích plynou následující doporučení:
Elektronky lze většinou provozovat v libovolné poloze, pokud není v katalogovém listu uvedeno jinak. Je-li to možné, měla by elektronka v přístroji být umístěna svisle, paticí dolů. U některých elektronek (rtuťové výbojky) ani není jiná poloha přípustná. K elektronce by měl mít dobrý přístup chladicí vzduch, například otvory nebo výřezy v šasi kolem její objímky. Mezi středy objímek koncových elektronek je vhodné dodržet jisté minimální vzdálenosti. U elektronek s anodovou ztrátou 25÷30W (EL34, KT66, KT77, 5881, 6L6GC) je to nejméně 90mm, u elektronek 6550 a KT88 alespoň 105mm.
Provoz elektronky v obrácené poloze, to jest paticí nahoře, není příliš výhodný, protože v takovém případě se zvýší teplota patice a oblasti zátavů. Navíc musí být elektronka zajištěna proti vypadnutí z objímky.
Při montáži elektronky v horizontální poloze se snadněji zajistí dobrý přístup chladicího vzduchu, nevýhodou je vyšší teplota baňky a potřeba zajistit elektronky proti vypadnutí; to se týká zejména heptalových a novalových elektronek. Při provozu v horizontální poloze se elektronky musí natočit tak, aby nosníky mřížek ležely ve svislé rovině. To je zvláště důležité u přímožhavených elektronek, kde se žhavicí vlákno za provozu snadno prohne a může způsobit zkrat katody s anodou nebo řídicí mřížkou.
Pokud to není bezpodmínečně nutné pro odstranění parazitních vazeb, měla by elektronka pracovat bez stínícího krytu. Je-li kryt třeba, měl by umožnit dobrý přístup chladicího vzduchu k elektronce a měl by být pokud možno černěný.
Jak je zajištěn přístup chladicího vzduchu k elektronkám v továrním měřicím přístroji je vidět na následujícím obrázku.
Obr.2 : Vnitřek profesionálního měřicího přístroje
V šasi je řada otvorů většího průměru, které zabezpečují dobrý přístup chladicího vzduchu k elektronkám. Přístroj má nucené chlazení ventilátorem, který je vidět vlevo. Vzduch se nasává spodkem skříně, prochází ze spodní strany šasi vzhůru a je vyfukován přes mřížku na zadní straně.