專利名稱：高放大因數(shù)μ冷陰極真空器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于《88205266快電子真空器件》之上，對(duì)器件幾何結(jié)構(gòu)及控制柵〔3〕作出的改進(jìn)，使質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)一步提高。
電子管之放大因數(shù)μ只有百倍。本器件放大因數(shù)μ可隨意設(shè)計(jì)。千倍萬(wàn)倍，實(shí)際可從1開(kāi)始到無(wú)限大，放大因數(shù)μ等于1時(shí)，滲透率D亦等于1，此器件可看作帶控制柵〔3〕的整流管。
表征電子管工作狀態(tài)的公式是屏流依賴于屏壓3/2方的郎繆爾卻爾特公式。其特征為公式推導(dǎo)過(guò)程中出現(xiàn)的三個(gè)積分常數(shù)都為零。器件相應(yīng)的結(jié)構(gòu)為熱陰極即是電場(chǎng)的負(fù)極。這樣，當(dāng)熱陰極發(fā)射出電子后，熱陰極表面出現(xiàn)微正電位，此微正電位與剛離開(kāi)熱陰極表面之電子形成電極偶吸力，阻止電子遠(yuǎn)離，在熱陰極表面附近形成一層空間電荷。此空間電荷抑制了電子管性能的提高。
發(fā)明構(gòu)思之出發(fā)點(diǎn)是針對(duì)消除空間電荷而作。
我決定要改造電子管之愿望始于1984年春夏之交，申請(qǐng)件《88205266快電子真空器件》之構(gòu)思是同年12月5日得出的，遲至88年5月5日才提出首項(xiàng)專利申請(qǐng)。申請(qǐng)件只提出了結(jié)構(gòu)方案，當(dāng)時(shí)還無(wú)力證明。提出申請(qǐng)后才開(kāi)始論證工作。論證工作始于88年8月30日，到89年元月31日終于按出了新方案的屏流依賴于屏壓3/2方公式之系數(shù)值。
新公式一經(jīng)建立后，感到有把握即轉(zhuǎn)入常年探索設(shè)計(jì)計(jì)算，畫(huà)屏族圖。從3/2方公式看，此方案原來(lái)是真空器件之標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式，所以屏族圖完全可以根據(jù)公式計(jì)算求出全部所須數(shù)據(jù)，這是對(duì)一個(gè)探索者十分有利的方面，我根本無(wú)條件制樣品實(shí)地測(cè)量。
新公式與電子管公式不同處在于公式中之積分常數(shù)。新公式之三個(gè)積分常數(shù)，一個(gè)為零，C2取極小值，C1取極大值。
新方案之基本結(jié)構(gòu)為一對(duì)外電路接于負(fù)載電源正負(fù)極之金屬屏極負(fù)屏極〔1〕、屏極〔4〕則于其間的空間內(nèi)建立起加速電場(chǎng)，將敷有氧化鎂發(fā)射膜之冷陰極〔2〕置于此對(duì)金屬屏極間的加速電場(chǎng)中，由于加速電場(chǎng)的加速作用、空間電荷就不能存在。
置于加速電場(chǎng)中冷陰極〔2〕之電子發(fā)射是基于器件外部電路中接于負(fù)載電源正負(fù)極上之積分電位器兩端所建立之電位差之協(xié)同作用。積分常數(shù)C1即為此電位差值，亦為R1R2比值。C1可達(dá)三百億以上。
器件的發(fā)射方式必須是冷發(fā)射，根據(jù)電磁學(xué)教導(dǎo)，置于加速電場(chǎng)內(nèi)之發(fā)射體若仍用傳統(tǒng)之熱陰極，則在器件內(nèi)有無(wú)限大之發(fā)射電流，且不可控。
由于新器件比電子管多了兩個(gè)積分常數(shù)，又建立在冷發(fā)射基礎(chǔ)上，故其幾何結(jié)構(gòu)與電子管有很大不同，改變幾何結(jié)構(gòu)就可作出極為優(yōu)越之電氣質(zhì)量指標(biāo)。指標(biāo)G＝μ×S＞A×1010以上設(shè)計(jì)控制柵〔3〕時(shí)，一開(kāi)始就感到難度很大，放大因數(shù)μ與摒蔽率σ矛盾尖銳，放大因數(shù)μ只算到兩三千倍。勉強(qiáng)算到一萬(wàn)，摒蔽率σ達(dá)45％而且屏極〔4〕冷陰極〔2〕距離與控制柵〔3〕冷陰極〔2〕距離比值很大，指標(biāo)降低。
從傳統(tǒng)柵極設(shè)計(jì)公式所表達(dá)的意義講，要增加放大因數(shù)μ，其絲徑要相應(yīng)加粗，按傳統(tǒng)說(shuō)法，即是增加摒蔽率σ，摒蔽就是阻當(dāng)，為何加大阻擋就可提高放大能力？姑且按此觀點(diǎn)計(jì)算，放大因數(shù)μ增加不太多時(shí)屏流通道被加粗的絲徑所密封堵塞。
經(jīng)多方面的論算，終于發(fā)現(xiàn)秘密所征教科書(shū)上所述摒蔽系數(shù)σ，應(yīng)該理解為控制系數(shù)σ。摒蔽之意義是橫向的，阻擋的；而控制則是縱向的，與屏流方向平行的。放大器件是一個(gè)控制器件而不是一個(gè)簡(jiǎn)單的閥門。這就真空器件優(yōu)于晶體管的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)所在簡(jiǎn)言之，欲要加大放大因數(shù)μ，則控制柵〔3〕對(duì)屏流的控制路徑要適當(dāng)加長(zhǎng)。
這就是當(dāng)提高放大因數(shù)μ時(shí)，柵絲徑會(huì)加粗的原因，以往柵極結(jié)構(gòu)是用園形金屬絲繞制的，園絲截面在橫向縱向都相同。要增加放大因數(shù)μ，理應(yīng)增加縱向尺寸，但橫向尺寸亦同時(shí)增加了。于是在要求高放大因數(shù)μ時(shí)，控制柵〔3〕探用簿寬之金屬扁帶制作，扁帶之寬度平行于屏流方向，扁帶之厚度取決于扁帶自身之機(jī)械強(qiáng)度，在低放大因數(shù)μ時(shí)，園形柵絲亦可保留，因工藝較簡(jiǎn)。
控制柵〔3〕對(duì)屏流控制路徑延長(zhǎng)，是否可獲得高放大因數(shù)μ，在已有技術(shù)中可找到類比例子以資證明。如《46》號(hào)是早期直流雙柵四極管，作三極管用，雙柵各自獨(dú)立。雙柵並用時(shí)為高放大因數(shù)μ，其值65倍，第二柵與屏極相聯(lián)時(shí)為低放大因數(shù)μ＝5.6倍。由于雙柵之間有一定距離，若是密繞，將遠(yuǎn)大于65倍。
控制柵〔3〕之具體安排，對(duì)平行板器件柵片排列與負(fù)屏極〔1〕屏極〔4〕平面垂直，平行排列或作井格形。對(duì)園柱器件柵片按園周幅射狀排列或作成中空?qǐng)@環(huán)柵片，如散熱片狀套在冷陰極〔2〕外，亦可作成漏斗格形。井格漏斗格在相同螺距下放大因數(shù)μ更大或在相同放大因數(shù)μ下，柵片少些。對(duì)球環(huán)器件，柵片按對(duì)球心作幅射狀排列，亦可作成漏斗格形，但后者工藝難度較大。
放大器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有多種類型，用平行板結(jié)構(gòu)，工藝較簡(jiǎn)，放大因數(shù)μ較低，十萬(wàn)倍已內(nèi)阻劇增。從3/2方公式分析，最后項(xiàng)是關(guān)于放大因數(shù)μ的。要提高放大因數(shù)μ又要求低內(nèi)阻，若積分常數(shù)C1C2均已越近極限，唯一可能是加大3/2方公式首項(xiàng)系數(shù)及幾何結(jié)構(gòu)項(xiàng)。用園柱結(jié)構(gòu)。園柱首項(xiàng)系數(shù)比平行板大2π倍，幾何結(jié)構(gòu)項(xiàng)分母中有兩個(gè)因子，一個(gè)是屏極半徑，此值愈大時(shí)，跨導(dǎo)減少內(nèi)阻增加。一個(gè)是屏極半徑與陰極半徑比值β，β因子在分母中是β2。當(dāng)屏陰距不變，加大陰極半徑，β的減少速度快于屏極增加速度。固此，3/2方公式值繼續(xù)增加。此項(xiàng)利益對(duì)于熱陰極電子管說(shuō)是幾乎利用不上的，因?yàn)闊彡帢O之直徑不能任意加大。但對(duì)冷陰極真空器件講則不然。因?yàn)槠翗O〔4〕冷陰極〔2〕距離及屏極〔4〕冷陰極〔2〕距離與控制柵〔3〕冷陰極〔2〕距離比值可盡量縮?。焕潢帢O〔2〕又具有分佈結(jié)構(gòu)特性，它的半徑可隨意加大。這樣，屏極〔4〕冷陰極〔2〕距離不變，而冷陰極〔2〕半徑繼續(xù)增加時(shí)，3/2方公式幾何結(jié)構(gòu)項(xiàng)分母則愈小，器件質(zhì)量指標(biāo)繼續(xù)增加。器件變成空心園環(huán)型。
若再要提高器件質(zhì)量指標(biāo)，則用球環(huán)形，球環(huán)3/2方公式系數(shù)有4π倍利益，公式幾何結(jié)構(gòu)項(xiàng)分母中，屏極〔4〕冷陰極〔2〕比例數(shù)式子用π2?？刂茤拧?〕若用平行于球軸，作幅射排列柵片有2π倍利益，若用漏斗格柵片亦有4π倍利益。但漏斗柵片工藝復(fù)雜。
器件整體結(jié)構(gòu)，可將兩、三個(gè)部份同裝于一個(gè)管泡內(nèi)如一個(gè)放大部份加兩個(gè)檢波部份作成復(fù)單位管或推挽對(duì)管；亦可將單位器件分解為二分一，三分一，四分一或更小個(gè)局部，極限情況冷陰極〔2〕只用單條發(fā)射絲，控制柵〔3〕只用一對(duì)柵片。
計(jì)算高放大因數(shù)μ時(shí)，若設(shè)螺距為1，控制系數(shù)πσ為3.78，此時(shí)，公式中分母1ncthπσ為0，放大因數(shù)μ有無(wú)限大值。
積分電位器包括R1R2兩部份，R1可用到小于絕緣電陰值，R2可小于十萬(wàn)分之一歐，實(shí)際是一段粗導(dǎo)線，如直徑(φ2～φ4)×3導(dǎo)線或φ2～φ4金屬園球。
3/2方器件是非線性器件，若要消除失真，令放大因數(shù)μ為無(wú)限大，即輸入輸出特性曲線之中段與縱軸即輸入軸平行，但此時(shí)器件內(nèi)阻高，或器件體積大。
冷陰極真空器件之屏族圖上每一條柵壓線都起自橫軸之每個(gè)確定點(diǎn)，起點(diǎn)左側(cè)無(wú)屏流，表明此種器件無(wú)零點(diǎn)漂移因素。
冷陰極真空器件屏族圖上存在一條二次諧失真為零的負(fù)載線。此負(fù)載線三次諧失真為1.5％，但三次諧在負(fù)載線上不對(duì)稱，可用推挽電路抵消。此條負(fù)載線之屏效率甲乙類約45～48％。甲類11～13％，用于推挽電路，屏至屏串聯(lián)負(fù)載阻抗可設(shè)計(jì)在揚(yáng)聲器音圈阻抗范圍內(nèi)，不用輸出變壓器，供電源簡(jiǎn)單，對(duì)地對(duì)稱。
實(shí)施例1，型號(hào)用μ180K7放大因數(shù)μ為180761倍。
冷陰極〔2〕外緣直徑選用16毫米，屏極〔4〕直徑為18.48毫米，電源電壓12伏，積分常數(shù)C1＝300億。工作在甲乙1類狀態(tài)，工作點(diǎn)選在(11.96，·01583〕。工作點(diǎn)跨導(dǎo)S＝71521安/伏。內(nèi)阻Ri＝2.53歐。屏至屏串聯(lián)負(fù)載阻抗Ra＝6.1歐。輸出功率為20瓦。工作點(diǎn)柵極靈敏度為-6.5833-5伏，盒式磁頭改用三個(gè)端子之金波輸出，由磁帶可直接推動(dòng)此功率級(jí)，多余之放大力可留作負(fù)反饋用。揚(yáng)聲器之音圈應(yīng)改用雙線并繞作成有三個(gè)輸入端子音圈直接作負(fù)載用，不用輸出變壓器。
實(shí)施例2型號(hào)用μ3KK8放大因數(shù)μ＝3005403倍。
作電壓放大用。冷陰極〔2〕外緣直徑選用5毫米直徑，屏極〔4〕直徑為6.646毫米，電源電壓6伏，積分常數(shù)C1＝400億甲類工作狀態(tài)，工作點(diǎn)跨導(dǎo)S＝20847安/伏，內(nèi)阻Ri＝144歐。工作點(diǎn)柵極靈敏度為-9.48292-7伏。
附圖

圖1為平行板電極器件；圖2為園柱電極柵片為沿縱軸作園周幅射狀排列；圖3為單冷發(fā)射絲，雙柵片最簡(jiǎn)器件結(jié)構(gòu)；圖4為園柱或園環(huán)電極，柵片為中空?qǐng)@環(huán)片套征軸心上與縱軸垂直；圖5為園環(huán)電極器件，圖6為球環(huán)電極器件。
權(quán)利要求
1.一種有高放大因數(shù)μ的真空器件，由負(fù)屏極〔1〕，冷陰極〔2〕，控制柵〔3〕、屏極〔4〕所組成，其特征為控制柵〔3〕之結(jié)構(gòu)探用簿而寬的金屬扁帶制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為器件電流之發(fā)射取決于設(shè)置在由負(fù)屏極〔1〕及屏極〔4〕所建立的加速電場(chǎng)中，敷發(fā)射膜的冷陰極〔2〕及由器件外部電路上跨接于負(fù)載電壓兩端之積分電位器R1、R2上所建立電位差共同作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件。其特征為器件由平行板。園柱、園環(huán)及球環(huán)形之電極組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為平行板器件控制柵〔3〕金屬扁帶之布設(shè)與屏流平行；園柱園環(huán)及球環(huán)器件控制柵〔3〕金屬扁帶布設(shè)圍繞冷陰極〔2〕作幅射狀排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為園柱園環(huán)器件之控制柵〔3〕由中空環(huán)形金屬簿片構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求4所述之真空器件，其特征為在平行板器件中，控制柵〔3〕作成井格結(jié)構(gòu)，在園柱園環(huán)球環(huán)器件中，控制柵〔3〕作成漏斗格結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為用于低放大因數(shù)μ，其園柱園環(huán)形結(jié)構(gòu)之控制柵〔3〕，可用園形金屬絲繞成螺旋狀，或作成方格形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為裝在同一管泡之復(fù)單位器件，推挽對(duì)管器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為單位器件可分解為二分一，三分一，四分一或更小局部，根限情況冷陰極〔2〕只用單支冷陰極絲，控制柵〔3〕只用一對(duì)柵片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述之真空器件，其特征為積分電位器之R1部份阻值可小于絕緣電阻，R2部份阻值可用到小于十萬(wàn)分之一歐姆。
全文摘要
一種高放大因數(shù)μ之冷陰極真空器件，其特征為屏流屏壓3/2方公式中之三個(gè)積分常數(shù)，一個(gè)為零、一個(gè)取大值、一個(gè)取小值及控制柵[3]改用金屬扁帶制作，這種改進(jìn)，使得放大因數(shù)μ可設(shè)計(jì)到無(wú)限大，跨導(dǎo)有數(shù)萬(wàn)，數(shù)十萬(wàn)漠，質(zhì)量因數(shù)G＝μ×S＝A×10
文檔編號(hào)H01J1/46GK1114462SQ9411798
公開(kāi)日1996年1月3日 申請(qǐng)日期1994年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月17日
發(fā)明者白村 申請(qǐng)人:白村