СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КАТОДОВ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 1997 года по МПК H01J9/04 H01J9/42 

Изобретение относится к вакуумной электронике и электровакуумному производству и может быть использовано как средство контроля и улучшения качества катодов выпускаемых изделий с целью раннего обнаружения эмиссионных браков, прогнозирования долговечности и снижения рекламационного возврата.

Известен способ определения эмиссионных свойств катодов электровакуумных приборов, согласно которому повышение качества катодов изготавливаемых электровакуумных приборов производится за счет отбраковки некачественных экземпляров на основании диагностирования катодов по результатам измерения зависимости уровня флуктуационных шумов от времени после отключения цепи накала [1]
Недостатком такого способа является невысокая достоверность диагностирования в связи с тем, что эмиссионные свойства катодов определяются в неустановившемся режиме их работы, а также вследствие использования дробовой компоненты шума, обладающей меньшей чувствительностью к свойствам катодов по сравнению с фликкерной компонентой.

Известен также способ контроля качества катодов электонно-лучевых трубок, в соответствии с которым при диагностировании измеряют уровень фликкерной составляющей низкочастотного шума отбираемого тока при двух значениях тока, и по отношению измеренных уровней шума судят о запасе катодов по эмиссии [2]
Недостатком указанного способа также является невысокая достоверность диагностирования, обусловленная существованием дополнительных к катодным источников фликкерного шума, влияющих на зависимость уровня шума от отбираемого тока.

Прототипом является способ, согласно которому при диагностировании катода в вакуумном диоде измеряют накальную характеристику зависимость отбираемого тока от напряжения накала при постоянном анодном напряжении. О качестве катода судят по величине напряжения накала U_нмин соответствующего переходу от режима пространственного заряда к режиму насыщения [3]
Недостатком такого способа является невысокая точность определения U_нмин связанная со значительной протяженностью переходного участка накальной характеристики. Другой недостаток связан с необходимостью проведения измерений в режиме насыщения, который при постоянном токоотборе оказывает разрушающее воздействие на катод, а при импульсном токоотборе результаты измерений не отражают состояния катода с учетом всех воздействующих на него факторов внутри прибора. Недостатком также является пассивный характер повышения качества катодов, основанный исключительно на отбраковке и не предусматривающий мер по повышению процента выхода годных изделий при их производстве.

Техническая задача изобретения состоит в повышении достоверности неразрушающего контроля катодов и улучшении их качества.

Задача решается тем, что в известном способе повышения качества катодов электронно-лучевых приборов, включающем снятие зависимости одной из электрических величин от напряжения накала, по которой определяют параметр, характеризующий качество катода, и отбраковку некачественных экземпляров, в качестве электрической величины используют спектральную плотность мощности фликкер-шума в цепи протекания катодного тока, устанавливают нулевые напряжения на всех электродах электронно-лучевого прибора, за исключением ускоряющего, снижают напряжение накала, начиная с номинального и поддерживая постоянным значение катодного тока, одновременно измеряют спектральную плотность мощности фликкер-шума в цепи протекания катодного тока, находят минимальное напряжение накала, при котором спектральная плотность мощности фликкер-шума превышает ее минимальное значение в К раз и которое является параметром, характеризующим качество катода, причем К выбирается большим единицы и одинаковым для всех катодов, затем подвергают испытанием на наработку несколько катодов, обеспечивая непрерывный режим работы в течение длительного времени, по результатам испытаний определяют степень спада тока катода, находят оптимальное напряжение накала, соответствующее минимальному спаду, и при изготовлении электронно-лучевых приборов путем подбора однотипных деталей катодно-подогревательного узла по весу и размерам в пределах технологических допусков добиваются получения минимальных напряжений накала, наиболее близких по значению к найденному оптимальному.

На фиг. 1 показана блок-схема включения электронно-лучевого прибора при измерениях шума; на фиг.2 зависимости спектральной плотности фликкер-шума на частоте 20 Гц от напряжения накала при постоянном отбираемом токе; на фиг.3
зависимости относительного изменения катодного тока после наработки в течение гарантийного срока службы от U_нмин для катодов различных прожекторов (R,G,B), измеренного в начале испытаний; на фиг.4 зависимости U_нмин от веса катодов различных прожекторов.

Блок-схема содержит электронно-лучевой прибор 1 с катодом 2, модулятором 3, ускоряющим электродом 4, следующими за ускоряющим электродами 5 и выводами цепи накала 6 и 7, источник ускоряющего напряжения 8, источник напряжения накала 9, резистор 10, усилитель 11, фильтр 12 и детектор с выходным прибором 13.

Исследуемый прибор включается в схему, обеспечивающую протекание постоянного тока I_k, отбираемого с катода 2 и поступающего на ускоряющий электрод 4. Модулятор 3 и следующие за ускоряющим электроды 5 соединены с катодом 2. Шумы тока, выделенные с помощью резистора 10, подаются на вход усилителя 11, затем поступают на фильтр 12, детектор и выходной прибор 13. Показания прибора пересчитываются к значениям спектральной плотности шумов отбираемого тока на частоте измерения.

Для определения U_нмин измерения уровня шумов проводятся при различных напряжениях накала U_н, изменяемых при помощи регулируемого источника 9.

В связи с тем что уровень фликкерной составляющей низкочастотного шума отличается наибольшей чувствительностью к наличию пространственного заряда в прикатодной области, резкое возрастание шума с уменьшением U_н при малых U_н позволяет с большой достоверностью зафиксировать начало исчезновения пространственного заряда, не допуская его полного исчезновения и перехода к режиму насыщения, и в то же время за счет снижения температуры катода подавить маскирующее влияние дополнительных источников фликкерного шума.

Рассмотрим пример реализации способа для катодов цветных кинескопов типа 61лк5ц.

Для контроля катодов кинескопы включаются в схему на фиг.1. При помощи регулируемого источника 8 устанавливают напряжение ускоряющего электрода U_уск, при котором катодный ток I_к 200 мкА, что соответствует диапазону допустимых значений I_к при длительной эксплуатации кинескопа в типовом режиме. Значение частоты измерений выбирается равным 20 Гц, что соответствует значительному превышению уровня фликкерной составляющей шума над дробовой. Далее устанавливают номинальное напряжение накала (U_н 6,3 В), измеряют уровень шумов и повторяют измерения при меньших значениях U_н, поддерживая постоянным I_к путем изменения напряжения U_уск. Зависимости спектральной плотности флуктуаций тока S_i (F 20 Гц) от U_н для различных катодов показаны на фиг.2. По мере снижения U_н шаг изменения U_н выбирается меньшим. Измерения продолжают до тех пор, пока уровень шумов не начнет возрастать и не увеличится по сравнению с минимальным в К= 3 раза. После этого измерения прекращаются, а U_нмин считают равным минимальному значению U_н в указанной серии измерений.

Затем для части контролируемых кинескопов (20 шт.) проводят испытания на наработку в типовом режиме в течение времени, соответствующем гарантийному сроку службы. Перед началом и после окончания испытаний проводят измерения тока катода I_кo в соответствии со стандартными техническими условиями на испытания (ГОСТ 26799 85) и определяют относительную степень деградации тока ΔΙ_ко/I_ко [I_кo(t) I_кo(0)] / I_кo(0). Как показано на фиг.3, существует оптимальное напряжение (U_нмин)_oпт 4,6-4,8 В, которому соответствует минимальный спад после наработки.

Задаваясь максимально допустимым значением, ΔΙ_ко/I_ко с помощью зависимостей на фиг. 3 определяют диапазон допустимых U_нмин. Так, в частности, ΔΙ_ко/I_ко= 0,05 при (по модулю), согласно фиг.3, диапазон допустимых U_нмин составляет 4,15 ≅ U_нмин ≅ 4,8 В.

При изготовлении электронно-лучевых приборов однотипные детали катодно-подогревательного узла, удовлетворяющие техническим условиям, разбивают на группы, отличающиеся по весу и размерам, и используют в технологическом процессе каждую группу, определяя зависимости U_нмин изготовленных кинескопов от веса и размеров деталей. В дальнейшем в производстве кинескопов используют такие группы деталей, которые обеспечивают U_нмин, наиболее низкие к оптимальным. Так, в частности, на фиг.4 показаны результаты измерения зависимости U_нмин от веса катодов G в отдельности для каждого из трех прожекторов. С учетом найденного ранее оптимального значения (U_нмин)_опт вес катодов в кинескопах с максимальной долговечностью должен составлять 7,9 ≅ G ≅ 8,2 мг, а условием получения относительной деградации тока, не превышающей 0,05 по модулю после длительной наработки, является выполнение неравенства G ≥ 7,9 мг.

Использование: в вакуумной электронике для улучшения качества катодов. Сущность: измеряют зависимость фликкерной составляющей шума тока, отбираемого с катода, от напряжения накала при поддержании постоянным величины этого тока. Наименьшее напряжение накала, при котором наступает возрастание шума в определенное число раз по отношению к минимальному его уровню, является показателем качества катодов. Повышения качества добиваются путем определения оптимального значения этого показателя и поддержания его посредством конструктивно-технологических мероприятий в процессе производства электронно-лучевых приборов. 4 ил.

Способ повышения качества катодов электронно-лучевых приборов, включающий снятие зависимости одной из электрических величин от напряжения накала, по которой определяют параметр, характеризующий качество катода, и отбраковку некачественных экземпляров, отличающийся тем, что в качестве электрической величины используют спектральную плотность мощности фликкер-шума в цепи протекания катодного тока, устанавливают нулевые напряжения на всех электродах электронно-лучевого прибора, за исключением ускоряющего, снижают напряжение накала, начиная с номинального и поддерживая постоянным значение катодного тока, одновременно измеряют спектральную плотность мощности фликкер-шума в цепи протекания катодного тока, находят минимальное напряжение накала, при котором спектральная плотность мощности фликкер-шума превышает ее минимальное значение в К раз и которое является параметром, характеризующим качество катода, причем К выбирается большим единицы и одинаковым для всех катодов, затем подвергают испытаниям на наработку несколько катодов, обеспечивая непрерывный режим работы в течение длительного времени, по результатам испытаний определяют степень спада тока катода, находят оптимальное напряжение накала, соответствующее минимальному спаду, и при изготовлении электронно-лучевых приборов путем подбора однотипных деталей катодно-подогревательного узла по весу и размерам в пределах технологических допусков добиваются получения минимальных напряжений накала, наиболее близких по значению к найденному оптимальному.