Výroba elektronek

Každá elektronka má tři hlavní součásti:

-neprodyšně uzavřenou baňku, uchovávající vakuum.

-soustavu elektrod (systém elektronky).

-soustavu vakuově těsných a dobře izolovaných kovových průchodů stěnou baňky. Jimi je systém elektronky připojen k vnějším elektrickým obvodům.

Výroba elektronek je velmi náročná na čistotu a kvalitu zpracování materiálů a polotovarů; důležité je také pečlivé dodržování technologických postupů a kontrola. V tomto stručném popisu výroby elektronek se nejdříve zmíníme o jednotlivých polotovarech a potom o montáži, zpracování a měření elektronek.

1. POLOTOVARY

Katoda

Katody jsou nejdůležitějšími částmi elektronek, spolu s dokonalým vakuem dávají hlavní záruku spolehlivého provozu a dlouhé životnosti. Katody dělíme podle způsobu žhavení na nepřímo- a přímožhavené. U nepřímožhavených katod se jako nosného kovu používá niklu. Katody se vyrábí z tenkostěnných trubiček, které se vytahují na trnu a případně ještě dále tvarují. Další možný způsob je svinutí niklového pásku do tvaru trubičky, která se opět vytáhne na pevném trnu. Šev je buď svařený, nebo zalemovaný. Tloušťka stěn katodových trubiček bývá 0,05÷0,1mm; jen zřídka je vyšší. 

Na jakost katody má vliv dobrá soudržnost emisní látky s nosným kovem. Nejčastěji se emisní suspenze (směs uhličitanů baria, stroncia a vápníku) nanáší stříkáním pistolí na důkladně očištěné katodové trubičky. Po nastříkání se katoda osuší a je připravena k montáži. Při kataforetickém způsobu pokrývání katod se využívá poznatku, že rozptýlené tuhé látky se v kapalině pohybují vlivem vnějšího napětí. Výhodou je malá spotřeba emisní suspenze a homogenní pokrytí, nevýhodou technologická náročnost a menší soudržnost vrstvy. Mezi další způsoby patří ještě máčení a natírání, jsou však méně užívané. 

Přímožhavených katod se v nynější době používá méně. Nosným kovem bývá tenký pásek nebo drát. Může být z niklu nebo jeho slitin, které mají vyšší pevnost, případně i z wolframu. Emisní vrstva se na vlákno nanáší buď kataforézou nebo máčením.

Žhavicí vlákno

Katoda může emitovat elektrony jen je-li dostatečně vyžhavena. Zdrojem tepla je žhavicí vlákno, které katodu ohřívá na teplotu cca 750°C. Žhavicí vlákno se vyrábí z wolframu, který má pro daný účel výhodné vlastnosti, především vysoký bod tání (3400°C). Vytažený tenký drát se nejdříve mechanicky a dále  následným žíháním dokonale očistí a pak se navíjí na molybdenové jádro. Vlákno musí být od niklové katodové trubičky dobře izolováno. K tomu se používá kysličníku hlinitého, jehož suspenze se na vlákno nanáší kataforeticky. Po vysušení se kysličník hlinitý nechá slinout v peci s ochrannou atmosférou. Na závěr se molybdenové jádro odleptá; tuto operaci lze provést i před pokrytím vlákna izolační látkou.

Mřížky

Mřížku elektronky tvoří zpravidla tenký drát stočený do šroubovice, vyztužený dvěma podélnými nosníky. Konstrukce mřížek se liší podle jejich funkce.    

Řídicí mřížka má o to větší význam, že ovlivňuje strmost elektronky. U klasicky (samonosně) vinutých mřížek lze dosáhnout vzdálenosti mřížka katoda asi 60μm. Samonosné mřížky se vyrábí navíjením molybdenových drátů o 30÷100μm na  nosníky o ∅ 0,6÷1,2mm. Nosníky mřížek blízko katody jsou z mědi s přídavkem 2% stříbra, čímž je postaráno o dobrý odvod tepla. Nosníky ostatních mřížek jsou niklové, u levných elektronek mohou být jen z poniklovaného železa. Mřížky se vinou strojně na automatech v prutech o délce 100÷150cm, až po navinutí se rozstříhají na vhodnou délku. Mřížka může mít různý tvar, jehož se dosahuje navíjením na trn vhodného profilu, případně ještě následným rozpínáním nebo lisováním mřížky v přípravku. Upevnění k nosníkům se děje bodovým přivařením ve vodíkové atmosféře nebo zamáčknutím materiálu nosníku kolem mřížkového drátu.

Novější rámečkové mřížky se od starších samonosných mřížek liší tím, že se wolframový drát navíjí na molybdenový rámeček. Tím se dosáhne velmi přesné světlosti mřížky, takže je možné její další přiblížení ke katodě.

Stínicí mřížku je třeba vyrábět se stejnou pečlivostí jako mřížku řídicí, její konstrukce je ale přizpůsobena funkci, kterou v elektronce zastává. Je to hlavně požadavek malého proudu IG2, kterého lze dosáhnout použitím co nejtenčího drátu a také tím, že její vinutí má  stejné stoupání jako řídicí mřížka (vinutí v zákrytu). Takové požadavky zvyšují nároky na konstrukci stínicí mřížky se samonosnými závity tak, že není valný rozdíl mezi obtížností výroby  mřížky řídicí a stínicí. V některých případech (například u elektronek E280F a E130L) jsou nároky na stínicí mřížku takové, že se i u ní musí použít rámečková konstrukce. 

Pouze u hradicí mřížky lze šetřit na materilálu a pro nosníky i vinutí použít levnější slitiny. Na jakost drátu pro třetí mřížku se také kladou menší nároky ohledně mechanických vlastností. U některých elektronek se místo třetí mřížky používá niklových rámečků, které také plně splňují požadovanou funkci.

Anoda

Na anody se dříve používal zvláště nikl, ale jeho vysoká cena si vynutila zavedení náhrad. Nejčastěji se používají tři druhy takzvaného plátovaného železa:

-železo oboustranně plátované niklem (N2). Na čisté železo s malou příměsí manganu se naplátuje vrstva niklu o tloušťce 5÷20μm. Tato vrstva zabraňuje úniku plynů ze železa a chrání ho před zrezivěním. Materiál N2 je určený především pro jakostnější elektronky.  

-železo oboustranně plátované hliníkem (P2) vyniká lácí. Vyrábí se podobně jako železo N2 tím, že na železný pás se oboustranně naválcuje vrstva hliníku. Vyžíháním při teplotě 700°C vrstva hliníku ztmavne, a tím se snadno dosáhne povrchu, potřebného pro dobré vyzařování tepla.

-železo plátované niklem a hliníkem (PN). Při malé vzdálenosti mezi anodou a katodou (typicky u usměrňovacích elektronek) je vhodné, je-li vnitřní stěna anody z jakostnějšího materiálu, aby se zabránilo jejímu poškození a tím také unikání plynů pohlcených v železe. Tomuto požadavku vyhovuje plech, který má jednu stranu plátovanou niklem -ta zůstane po žíhání lesklá- a druhou hliníkem; ta po žíhání zčerná a dobře vyzařuje teplo. 

U elektronek s vysoce zatíženou anodou se může použít například molybden (často zirkonovaný), tantal nebo grafit. Jejich nevýhodou je vyšší cena a obtížnější zpracování. 

Při výrobě anody se v plné míře uplatňuje lisovací technika, záleží na složitosti a technologických možnostech, jaké nástroje se pro vylisování anody použijí. U strmých pentod se často používají anody tvaru malých obdélníků, spojených dvěma úzkými pásky; tím se zabrání zvyšování kapacit.

Ostatní polotovary

Hotovou elektrodovou soustavu elektronky drží slídové destičky, které také zaručují dodržení přesných vzdáleností jednotlivých elektrod. Ty nesmějí měnit vzájemnou polohu ani se změnou teploty, ani při nárazech. Zároveň je také nutné, aby izolace byla teplotně odolná. Ve většině elektronek vyhoví slída. Používá se muskovitu, který se štípe na tenké lístky a z nich se vyrazí destičky s přesně uloženými otvory pro jednotlivé elektrody. Hotové destičky se vyžíhají a pak se pokryjí kysličníkem hořečnatým. Tím se zdrsní jejich povrch a zabrání se vzniku vodivých můstků, ke kterému by mohlo dojít při getrování.

Getry

K získání potřebného vakua v elektronce (cca 10-6 torru) je nutné činnost vývěv doplnit ještě nějakým jiným způsobem, protože jejich čerpací rychlost se s klesajícím tlakem zmenšuje a vyčerpání elektronky by trvalo několik hodin. Proto se vývěvami čerpá na tlak asi 10-2÷10-3 torru a zbylý pokles tlaku se získá vypařením malého kousku barya (getru). Getr se vypaří po indukčním vyžhavení držáku s getrem a plyny váže jednak chemicky, jednak objemovým pohlcováním. Na baňce elektronky, kde se vypařený getr usadí, přitom vytvoří zrcátko. Getr se napařuje na posledních pozicích čerpacího automatu.

Pomocné díly

Mezi pomocné díly se počítají různá stínění, přívody, křidélka, spojky, nýtky. Jsou to vesměs kovové součásti, k jejichž výrobě se většinou používá již uvedených materiálů.

Patky a baňky

U přijímacích a malých zesilovacích elektronek se na patky a baňky používá sklo. Je sice křehké, ale za tepla dobře tvárné a má výborné izolační vlastnosti. Uvedených výhod se používá při výrobě baněk i patek. Průchod sklem na patce elektronky se provádí plášťovým drátem. Ten má jádro z niklu a železa, silně poměděné, což zaručí dobré spojení mezi sklem a průchodkou. U heptalových, novalových a magnovalových elektronek je na plášťový drát přivařen niklový kolík, který se zasouvá do objímky, u oktalových elektronek je plášťový drát nastaven přívodním drátem, který je připájen měkkou pájkou do dutého kolíku bakelitové patice.  Patky se vyrábí na karuselových automatech, automatická je i výroba baněk. U nich je nedůležitější vnitřní průměr a tloušťka stěny.

2. MONTÁŽ

Příprava polotovarů

Všechny polotovary se musí před rozdělením na jednotlivá pracoviště důkladně chemicky očistit a zbavit plynů. K čištění se používá aceton, který se kombinuje  s ultrazvukem. Pohlcených plynů se polotovary zbavují ve vodíkové atmosféře v průběžné peci, žíhání trvá několik hodin. Po průchodu pecí se polotovary musí co nejrychleji zpracovat, aby znovu nepohlcovaly plyn, případně se neokysličily.

Montáž elektrodové soustavy

Očištěné a plynu zbavené polotovary se sestaví do příslušných sad a odevzdají se k montáži. Montáž může být: 

-individuální; každý pracovník montuje celý systém sám.

-skupinová; montáž systému je rozdělena mezi tři nebo i více pracovníků.

-pásová (linková); každý pracovník provádí jen jednu operaci. Systém při tom projde například patnácti i více pracovišti. 

Požadované přesnosti montáže se dosáhne vhodnými montážními přípravky. Spojování součástí se děje výhradně elektrickým bodovým svářením. Elektrodové soustavy se začínají montovat od spodní slídové destičky, do které se nejprve zasune katoda, jednotlivé mřížky a nakonec anoda. Postup při montáži je velmi rozmanitý a přímo závisí na konstrukci elektronky. Smontované soustavy se kontrolují zrakem a současně se odstraňují všechny základní chyby vzniklé při montáži (zkraty, nedokonalé svary atd.)     

Stavování

Po zrakové kontrole se soustavy spojují s baňkou. Baňky se předem vymyjí vřelou vodou nebo kyselinou chlorovodíkovou a poté se vysuší. Soustavy přibodované na patkách se zasunou do čistých baněk a ihned poté se dávají ke stavovacím automatům. V nich se baňka a patka nejdříve nahřejí a když je sklo dostatečně měkké, dosáhne se objetím kovovým kolečkem dokonalého stavení. Elektronka se pak posílá vyhřívaným tunelem k čerpacímu automatu, kde probíhá několik výrobních pochodů najednou.

3. ZPRACOVÁNÍ ELEKTRONEK

Formování

Na čerpacím automatu se vyčerpají plyny z baňky, elektrody se zbaví pohlcených plynů a uhličitany emisní vrstvy se změní na kysličníky. Je důležité, aby proces proběhl pokud možno rychle. Čerpací automaty jsou otáčivé, mají soupravy vývěv, průběžný výhřevný tunel a soupravu cívek pro indukční ohřev k odplynění elektrod a vypaření getru.  

Obsluhující pracovník odebírá elektronky z vyhřívaného tunelu za stavovacím automatem a vkládá je čerpací trubičkou do vakuového uzávěru; současně přivede  na příslušné kolíky žhavení. Pak elektronka vjede do vytápěného průběžného tunelu, kde se  uvolní vrstvička vody, adsorbovaná na vnitřní stěně baňky. Za tunelem přichází indukční ohřev elektrodové soustavy, kterým se zbavují kovové součásti pohlcených plynů. Pak se již musí přeměnit uhličitany emisní vrstvy v kysličníky; k tomu se musí snížit tlak uvnitř baňky nejméně na 10-1 torru. K přeměně uhličitanů je třeba také zvýšená teploty katody, která může dosáhnout až 1250°C.  Odsávané plyny tvoří z 90% kysličník uhličitý a z 8% vodní pára. Na posledních pozicích se getr předehřeje, vypaří a po odtavení čerpací trubičky se elektronka odebere z automatu.

Zahořování

Vyčerpané a zatavené elektronky jdou ke konečnému zpracování, k aktivaci neboli zahořování. Nejprve je třeba elektronky přivedením několika rázů vyššího napětí mezi jednotlivé elektrody vyjiskřit, čímž se přepálí možné slabé elektrodové zkraty, které by při pozdějším zahořování mohly způsobit znehodnocení elektronky. Vlastní aktivace kysličníkové katody probíhá v zahořovacím rámu. Zahořování má obvykle dvě fáze. Při první z nich dojde elektrolytickým působením emisního proudu ke vzniku atomů volného barya ve vrstvě BaO. Přitom je teplota katody asi 1000°C a emisní proud 100÷300mA na čtvereční centimetr jejího povrchu. Tato fáze zahořování trvá 5÷15 minut. Ve druhé fázi zahořování, která trvá 15 minut až několik hodin, je již elektronka zatěžována méně. V této fázi se postupně zlepší vakuum. Elektronky s dlouhou životností a se stálými vlastnosti je nutno čerpat i zahořovat mnohem déle než běžné elektronky. Zahořením končí vlastní výroba elektronek.

4. MĚŘENÍ ELEKTRONEK

Po zahoření se všechny elektronky kusově zkouší a měří. Počet měření je závislý na typu elektronky, na požadavcích na ni a na rovnoměrnosti výroby. Kontrola elektronky má být krátká, rychlá a jednoduchá, na druhé straně musí získané výsledky dát skutečný obraz o stavu výroby a jakosti elektronek. 

Krátkodobě se elektronky zkouší ihned ve výrobě, dále je odevzdávací (druhá kontrola), po které se elektronky již ukládají do skladu. Druhá kontrola proběhne nejméně 14 dnů po první kontrole, aby se tak mohly zachytit vady, které první kontrole ujdou, nebo vzniknou v období mezi  kontrolami. Jde především o pnutí skla, dále o dodatečné odplynění vnitřních částí elektronky, nebo i o nedokonalé formování. Tyto vady snadno při první kontrole uniknou, neboť měření následuje krátce po vlastní výrobě. Také při druhé kontrole se měří kusově.

Z elektrických vlastností, které je třeba měřit u každé elektronky, je to zejména:

a, izolace (mezi elektrodami, mezi katodou a žhavicím vláknem).

b, anodový proud v pracovním bodě.

c, anodový proud při závěrném napětí.

d, proud stínicí mřížky.

e, strmost.

f, záporný mřížkový proud.

g, žhavicí proud a napětí.

Mnohem větší počet zkoušek a měření se provádí namátkově. Pravidelně se vybírá určité procento elektronek, naměřené výsledky se statisticky zpracovávají a podle statistik se posuzuje a reguluje výroba. Do namátkových zkoušek patří i zkouška životnosti; pro postačující informaci stačí zkušenému výrobci doba 500÷1000 hodin. Tato relativně krátká doba je důležitá, neboť podle výsledků životnostních zkoušek je nutno provést případné změny ve výrobě. Protože elektronky při zkoušce pracují s přestávkami (aby se zkouška přiblížila skutečnému provozu), trvá provedení tisícihodinové zkoušky 2÷3 měsíce.  

Některé elektronky se mohou mimo běžné zahoření zpracovávat po výrobní kontrole zvláštním technologickým postupem, který se nazývá stabilizací a záleží vlastně v tom, že elektronky pracují jistou dobu (desítky hodin) za podmínek stejných nebo blízkých těm ve skutečném provozu.

 

 


Tento web používá soubory cookies. Dalším procházením tohoto webu vyjadřujete souhlas s jejich používáním.