Nahrazování a regenerace elektronek

s oxydovými katodami

Čtenáři, odkázaní na zestárlé speciální elektronky, které toho času nelze snadno nahradit, ocení následující návod na regeneraci kathod prostými pomůckami domácí dílny, doplněný přehledem jiných důležitých způsobů regenerace
a tabulkou náhradních možností běžnými elektronkami.

Ing. Miroslav Lupínek
převzato z časopisu Elektronik č.12/1949, str. 270

Obsah dokumentu:

Které elektronky se vyplatí regenerovat
Tabulka náhrad elektronek
Zkoušení elektronek
Kontorla a úprava žhavení
Co se děje při podžhavení
Co se děje při přežhavení
Principy aktivace katod
Aktivování redukcí
Proudové aktivování (elektrolyticky)
Pracovní postup regenerace
Literatura a www odkazy
Poznámky zpracovatele

Které elektronky se vyplatí regenerovat

Rozborem činnosti oxydové kathody a jejího chování za delší dobu provozu lze dojít k závěru, že v některých případech je možno znovu aktivovat elektronky, jejichž emise nedostačuje, ale které jsou mechanicky i vakuově v pořádku a ovšem nemají přepálené žhavicí vlákno.
Předem je však účelné si ujasnit, kdy je výhodnější nahradit nevyhovující elektronku podobnou elektronkou i za cenu částečné přestavby přístroje.
Není vhodné regenerovat běžné typy, jimiž výrobci osazuji nové přijímače; ty budou ještě řadu let na trhu (celé skleněné, série E21 a U21). Elektronky rudé (E1) a kovové (E11) lze nahradit novými elektronkami E2l. Nízkofrekvenční elektronky můžeme ve většině případů vyměnit bez přestavby užitím redukční patice, vysokofrekvenční stupně upravíme raději výměnou objímky, abychom zbytečně nezvětšovali škodlivé kapacity elektronky a tím náchylnost k oscilacím *1). Po výměně elektronky je pravidelně nutno doladit připojené resonanční obvody.

Směšovače:
Původní osazení: ECH3, ECH11, ECH4, EK3. - Náhradní osazení: ECH21.
Vf, mf a nf zesilovače:
Původní osazení: EF5, EF6, EF8, EF9, EF11, EF12, EF13. - Náhradní osazení: EF22.
Nf zesilovač + 2 diody:
Původní osazení: EBC3, EBC11. - Náhradní osazení: ECH21; heptoda zapojena jako trioda (g2,4 + g3 na anodu) mřížka triody = detekční dioda, anoda triody = A VC dioda *2).
Mf zesilovač + 2 diody:
Původní osazení: EBF2, EBF11. - Náhradní osazení: ECH21; heptoda zapojená jako pentoda (g3 na kathodu) mřížka triody = detekční dioda, anoda triody = AVC dioda.
Koncový zesilovač 9 W:
Původní osazení: EL2, EL3, EL11, EBLl. - Náhradní osazení: EBL21 *2).
Kombinovaný ladicí indikátor EFMl, EFMll nahradíme EF22 a buď se vzdáme indikace ladění, nebo zamontujeme zvláštní indikátor (EM1l nebo neonka).
ECL11 lze nahradit jen současně s EBF11 za ECH21 a EBL21; je nutná přestavba *2).
ECH21: heptoda = mf zesilovač, trioda = nf zesilovač.
EBL21 = detekce + AVC, koncová pentoda.
U dvoulampových superhetů (ECH11, ECL11) nelze nahradit původní osazení bez zásadních změn v zapojení.
EF22 ve funkci mřížkového detektoru pracuje hůře než původní EF6 (EF12) vlivem své exponenciální charakteristiky.

Poněkud horší je situace u starších elektronek, žhavených 4 V (serie A), kde je nutno přivinout závity na transformátoru nebo vestavět přídavný žhavicí transformátor. Staré nožičkové elektronky se téměř nevyplácí regenerovat, jelikož přístroje jimi osazené nevyhovují dnešním požadavkům a při celkové přestavbě vyměníme i elektronky za novější typy.
Porovnávací tabulka elektronek byla uveřejněna ve 2. čísle Radioamatéra 1946 na str. 47, podrobné tabulky jsou i v Radiotechnické příručce, vydané v ESČ *2).
Pro regeneraci se jeví jako nejvýhodnější elektronky starších universálních přístrojů se sériovým žhavením buď
200 mA (evropské) nebo 300 mA (americké), které u nás zatím nejsou běžné. (V sériovém spojení se odchylky odporů vláken více a škodlivěji uplatňují, než u elektronek se stálým žhav. napětím.) Zde je náhrada obtížná a regenerace může být nejlepším řešením. Proto je tento případ dále podrobněji rozveden.

Zkoušení elektronek

Nemáme-li po ruce měřicí zařízení pro elektronky (viz popisy v 1. čísle ročníku 1946; 6. čísle ročníku 1946; 7-8 čísle ročníku 1948 Radioamatéra), stačí k posouzení jakosti elektronky měření v přijímači.

Obraz 1. Způsob měření anodového proudu elektronky v přijímači: miliampérmetr připojíme paralelně k anodovému odporu, odpor stínicí mřížky spojíme nakrátko. Podobně lze postupovat i u koncových elektronek, kde měříme paralelně na primáru výstupního transformátoru; nelze tak měřit u elektronek, které mají v anodovém obvodu vf obvod (mf transformátor) s poměrně malým ohmickým odporem.

Nejprve změříme usměrněné napětí na výstupu usměrňovače (na prvním elektrolytu); při 120 V síti má být aspoň 70 až 80 V, při 220 V aspoň 150 V. Je-1i menší, vyřadíme usměrňovací elektronku k regeneraci. Dále změříme anodový proud koncové elektronky a naměřenou hodnotu porovnáme s jmenovitou publikovanou hodnotou. Získává-li se předpětí průtokem celkového napájecího proudu odporem v záporném přívodu anodového napětí, je přípustný rozdíl měřené a publikované hodnoty asi 30%. Podobně u vf elektronek, kde je však dovolen rozdíl až 50 %. Nf elektronky, pracující s odporovou vazbou, kontrolujeme snadno překlenutím anodového odporu miliampérmetrem (u pentod zkratujeme ještě sériový odpor v přívodu stínicí mřížky - obraz 1). Nejmenší přípustná hodnota anodového proudu při 120 V v síti je asi 1 mA. Při 220 V 2 mA.

Kontrola a úprava žhavení

Konečně změříme i žhavicí napětí, neboť to je velmi choulostivá stránka sériově žhavených přístrojů. Přípustné rozdíly žhavicích napětí při jmenovitém síťovém napětí smí býti nejvýše ±10 % od jmenovitých hodnot. Jsou-li větší rozdíly, podžhavené elektronky přižhavíme zmenšením sériového srážecího odporu (je-li místo něho variátor, překleneme jej takovým paralelním odporem, aby podžhavené elektronky žhavily normálně - obraz 2).

Obraz 2. Oprava žhavicího obvodu universálních přijímačů. A - původní obvod. B - opravený obvod: původní podžhavení 3. elektronky odstraňuje zmenšení předřadného odporu, nebo paralelní odpor u variátoru; následující přežhavení ostatních elektronek odstraňují vhodně volené paralelní odpory u jejich vláken.

Některé elektronky budou po tomto zákroku přežhaveny, a proto připojíme paralelně k jejich žhavicím vláknům odpory, které svedou část žhavicího proudu mimo. Výpočet odporů je snadnou aplikací známých zákonů Kirchhoffových a Ohmova.
Zopakujme krátce co se děje při delším přežhavení nebo podžhavení kathody.

Co se děje při podžhavení

Je-li kathoda delší dobu provozována při teplotě nižší než asi 1000 K a kathodový proud není přiměřeně snížen (jak by odpovídalo snížení teploty), vzniká větší namáhání těch částí emisní vrstvy, které mají vlivem nerovnoměrnosti struktury vrstvy větší teplotu než ostatní, v důsledku exponenciální závislosti emisního proudu na teplotě přebírají největší část proudu kathody. Silně emitující ostrůvky jsou intensivně bombardovány kladnými ionty zbytků plynů, čímž nastává porušení jednoatomové vrstvy baria na povrchu kathody. Atomy volného baria dále reagují s plyny, které podžhavená kathoda velmi ochotně pohlcuje.
Při nízké teplotě kathody není dostatečná náhrada volných atomů baria vlivem redukce kysličníku přísadami v podkladovém materiálu a kathoda ztrácí emisi - otravuje se.

Co se děje při přežhavení

Při teplotě vyšší než asi 11500 K převládá odpařování baria z emisní vrstvy, a tento úbytek je větší než množství volného baria, vzniklého redukcí po př. elektrolysou kysličníku. Elektrolysa je však ve většině případů nepatrná, jelikož jde o malé proudové hustoty. Zesláblá elektronka má tedy kathodu s emisní vrstvou, obsahující dostatečné množství kysličníku baria BaO, který však nemá emisní schopnost.

Principy aktivace katod

Aktivace emisní vrstvy je možná dvěma způsoby.

1. aktivování redukcí.

Volné atomy Ba se získají odkysličením (redukcí) BaO, vyvolaným:
a) uhlíkem, vzniklým jako rozpadový produkt při spálení organického pojidla emisní hmoty;
b) reakcí kysličníku uhličitého CO₂ (povstane rozpadem karbonátů při výrobě elektronky) s uhlíkem z organického pojidla:
CO₂+C=2CO
CO reaguje opět s BaO, redukuje jej na Ba a vzniká CO₂;
c) BaO se redukuje při vysoké teplotě podkladovým kovem (nikl) a zvláště jeho přísadami (Mg, Si, Al).
Jak závisí množství volného baria a tím emise na složení podkladového kovu emisní vrstvy, udává tabulka z článku Jenkinse a Newtona (Brit. I. E. E.; vol. 29, květen 1949): „Volné barium a oxydová kathoda“.

Podklad kathody	střední množ. Ba (váha vrstvy BaO [10 mg])	celkový emisní proud v mA
spektroskopicky čistý nikl	1,03x10^-6g	0,3
Ni+0,12 % Mg	3,40	7,3
Ni+0,2 %	1,64	4,7
Platina	0,62	0,2

Při aktivování redukcí stačí pouze zvýšená teplota kathody, asi 1275 K t. j. zvětšení žhavicího napětí o 80 % nad jmenovitou hodnotu.

2. Proudové aktivování (elektrolyticky).

Z kathody se odebírá proud o hustotě 0,1 až 0,2 A/cm². Zavedením proudu přicházející elektrony tvoří s kyslíkem v BaO záporně nabité ionty, které prchají do vakua a jsou přitaženy na anodu, kde se kyslík usadí. Na kathodě zbývají volné atomy baria. Nejprve se na povrchu vrstvy BaO uvolní několik iontů kyslíku a na jejich místo přicházejí nové ionty postupně z hlubších vrstev, až nastane rovnováha. Přitom je zajímavé, že elektrolysa probíhá i tehdy, je-li emisní vrstva bombardována elektrony z jiného zdroje, je tedy anodou. Dopadající elektrony tvoří s kyslíkem BaO opět kyslíkové ionty a volné barium zbývá. Předpokladem pro počátek elektrolytické aktivace je ovšem jistý malý emisní proud, který je dán částečným redukčním zaktivováním kathody při čerpacím procesu.
U zestárlých elektronek přichází v úvahu pro nové aktivování způsob 1c (redukce BaO přísadami niklu) a způsob 2 (proudová aktivace). Způsoby 1a, b se uplatňují jen při výrobě. Způsob 1c však selhává u kathod, které mají všechny redukční látky zoxydovány během dlouhého provozu při vyšší teplotě, takže pouze proudová regenerace je obecně účinná.

Pracovní postup regenerace

Elektronku, kterou chceme regenerovat, zapojíme jako triodu, přičemž řídicí mřížka dostane kladné napětí. Prakticky to provedeme tak, že použijeme jednoho stejnosměrného zdroje o napětí 100 až 150 V. Do přívodu k anodě (spojené se stínicí mřížkou) zapojíme odpor řádu 100-1000 ohmů, do přívodu k řídicí mřížce odpor 3 až 5krát větší (obraz 3). Žhavicí napětí může býti jmenovité až o 30 % větší. Velikost napájecího napětí a odporů volíme podle druhu elektronky tak, aby celkový kathodový proud byl čtyř až šestinásobný jmenovitého. Větší hodnotu volíme u malých předzesilovacích elektronek, kde bude kathodový proud 50 až 60 mA; koncové elektronky zatěžujeme proudem 150 až 200 mA. Úbytek napětí na elektronce činí 20 až 30 V, takže elektrody nejsou příliš tepelně přetíženy. Usměrňovací elektronky můžeme zatížiti 200-300 mA. Místo zvláštních omezovacích odporů lze s výhodou použít normálních osvětlovacích žárovek, do mřížkového přívodu 15-25 W pro 120 V, do anodového 25 až 100 W pro 120 V. Žárovky při regeneraci mírně žhnou a vzrůstem odporu při zvětšeném proudu vhodně zmenšují napětí na elektronce, a tím ji chrání před tepelným přetížením.

Schéma zapojení elektronky při regeneraci

Obraz 3. Způsob regenerace proudové u zestárlých elektronek s oxydovou kathodou.V je ss napětí 100 až 150 V, Ra a Rg nastavují proud elektrod podle údajů v textu.

Elektronku regenerujeme 15 až 30 minut, po ustálení kathodového proudu na větší hodnotě než na počátku aktivace je možno elektronku vyzkoušet. Během regenerace je nutno kontrolovat, zda se neuvolňují v elektronce plyny, což se projeví modrým světlem v systému. Není-li to způsobeno nassáváním vzduchu zvenčí vadnými zátavy přívodů v patce, můžeme vakuum spraviti opatrným nahřátím getrového zrcátka na baňce plamenem a getrový povlak (barium) při zvýšené teplotě váže uvolněné plyny. Nahřívat musíme zvolna, přitom pozorujeme, zda modrosvit mizí a proud stoupá. Další aktivaci je dobře provádět při menším proudovém zatížení. Tento způsob ovšem selhává, jestliže je getrový povlak již plyny nasycen.
Po skončení regenerace opět změříme elektronku, jak bylo uvedeno, při čemž je možné, že nyní při zvětšeném odběru anodového proudu nebude stačit usměrňovací elektronka a budeme nuceni ji také regenerovat. Po 10 až 50 hodinách provozu v přijímači měříme znovu, abychom zjistili, zda byla elektronka správně aktivována.
Kromě universálních elektronek s nepřímo žhavenými kathodami přicházejí v úvahu pro regeneraci bateriové elektronky. Vlákna těchto elektronek jsou velmi tenká a proto mají poměrně malou tepelnou kapacitu. Při regeneraci je žhavíme jmenovitým napětím. Ostatní elektrody jsou tepelně předimensovány (z důvodů mechanické pevnosti) a proto můžeme elektronku zapojit jako diodu (všechny mřížky spojeny s anodou). Kathodový proud nastavujeme velmi opatrně na hodnotu dvoj- až trojnásobnou jmenovité hodnoty, při čemž napětí napájecího zdroje bude asi 50 V a omezovací odpor řádu kilohmů. Žárovka není příliš vhodná, protože má poměrně malý odpor. Regeneraci provádíme raději delší dobu menším proudem, abychom se vyvarovali přepálení vlákna při stoupnutí emise.
Takto regenerované elektronky mohou pracovat i déle než když byly úplně nové, postaráme-li se, aby při provozu byly správně žhaveny a nebyly přetěžovány.

Literatura a www odkazy:

Literatura uvedená autorem článku:

Radioamatér Č. 1/1946; č. 6/1946; č. 7 až 8/1948, č. 11/1949 (Přístroje ke zkoušení elektronek).
Radiotechnická příručka ESČ. (Tabulky elektronek).
Elektronik č. 9/1949 , (O kathodách).
Hermann-Wagener: Die Oxydkathode, II. Teil.
Espe-Knoll : Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik.
Chaffee: Theory of Thermionic Vacuum Tubes.
Koller: The Physics of Electron Tubes.

Poznámky zpracovatele www stránky

Při úpravě tohoto článku pro Web jsem doplnil nadpisy kapitol a stručný obsah na začátek, abych dokument zpřehlednil. Také jsem musel pozměnit styl sazby, rozmístění tabulek a obrázků. Dále připojuji několik poznámek k textu.

1) V dnešní době, kdy elektronkové přijímače jsou již historickými památkami, nepřipadá v úvahu výměna objímek, nebo dokonce rozsáhlá přestavba přijímače. Lze použít jen redukční patice, aby se původní přijímač nepoškodil.

2) Na konci padesátých let se začaly vyrábět heptalové a novalové elektronky, které jsou mnohem vhodnějšími a dostupnějšími náhradami starých kombinovaných elektronek, než lampy řady E21. Jsou to např. 6BC32 (za EBC3 a EBC11), EABC80, EBF89, ECL82, 84 a 86 (za ECL11), EL84 (za EL3 a EL11). Zde uvedené elektronky nejsou přesnými ekvivalenty, ale jejich parametry jsou podobné starýn typům. Před nahrazením prostudujte katalogy a vyberte nejvhodnější náhradu.

Zpět na obsah Jeníčkových radiotechnických stránek
Zpět na domovskou stránku Petra Jeníčka

Tato stránka byla naposledy aktualizována 8.12.2009.
Nascannoval a do html podoby upravil Ing. Petr Jeníček.
Případné dotazy posílejte na adresu pjenicek@seznam.cz