Imprigionato in ogni uomo grasso c'è un magro che fa cenni disperati per uscire
TECNOLOGIE ELETTRONICHE
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
FILAMENTI PER TUBI TERMOIONICI
Progetto dei Filamenti per Tubi Termoionici con
Catodi ad Ossidi a Riscaldamento Indiretto
1) Generalità
I filamenti di accensione, disposti all'interno dei catodi,
devono fornire a questi, calore con determinati valori
di tensione e di corrente.
L'isolamento elettrico del riscaldatore rispetto alla
superficie interna del catodo, è affidato ad un rivesti-
-mento di allumina depositata sul filamento tramite un
processo di elettroforesi o più semplicemente per
immersione.
Lo spessore dell'ìsolante è di solito compreso tra 0,05 e 0,2mm.
A caldo le correnti di dispersione devono mantenersi inferiori a ≈ 3∙10-2 :A per Volt di
tensione.
La resistenza di isolamento deve quindi essere superiore a:
La vita, in stretta relazione con la temperatura di funzionamento, deve essere dello stesso
ordine di quella del catodo.
Dal punto di vista della durata, sarebbe consigliabile che la temperatura dei filamenti fosse
la più bassa possibile.
Purtroppo a causa del salto termico attraverso l'isolante la temperatura del filamento deve
essere necessariamente superiore a quella stabilita per il funzionamento del catodo.
a)
Filamento piegato a fastello
b)
Filamento piegato ad elica
c)
Filamento piegato ad elica a W
d)
Filamento piegato a doppia elica
Specialmente per i filamenti a V e W, per i quali
le piegature rappresentano zone facilmente sog-
-gette a rotture, è bene che la temperatura non
superi i 1400°C.
Si ricorda infatti che al di sopra della temperatura
indicata il tungsteno cristallizza rapidamente e
diviene molto fragile.
Per quanto riguarda la forma costruttiva, i fila-
-menti di uso più comune sono quelli schemati-
-camente indicati nella figura a lato
Nel filamento ad elica semplice l'isolante ricopre
solamente la parte dell'elica a contatto con la
superficie interna del catodo.
A parità di spazio disponibile, per il minore ingombro dell'isolante è possibile accrescere il
diametro del filo e la sua lunghezza e ciò va a vantaggio della sua durata. Il costo di fabbri-
-cazione e pero' abbastanza elevato.
Nel filamento a doppia elica la corrente di alimentazione percorre le due eliche in senso
contrario ed il flusso di induzione concatenato con l'avvolgimento è teoricamente a zero.
Si tratta di un filamento piuttosto costoso ma che permette di ridurre le fonti di rumore
dovute ad una alimentantazione in corrente alternata.
Il filamento piegato a fastello e' il più' semplice ed economico.
Richiedendo pero' una maggiore quantità di isolante, poichè ciascun filo e l'intero avvolgi-
-mento sono interamente ricoperti di allumina, la superficie esterna del riscaldatore è da
considerarsi una superficie cilindrica, la temperatura del filamento specialmente nei punti
più interni è, a parità di condizioni superiore a quelle dei filamenti prima descritti.
La durata e' di conseguenza minore.
2) PROGETTO DEI FILAMENTI PIEGATI A FASTELLO
Si ricorda che la potenza elettrica:
necessaria per l'alimentazione del filamento, e la resistenza:
sono grandezze rese note dal progetto del catodo. Di conseguenza la potenza
calorifica che il filamento dovrà trasmettere al catodo può essere determinata per
mezzo della relazione
Fissata la temperatura di funzionamento del filamento, si ricorda che deve essere
necessariamente superiore a quella fissata per il funzionamento del catodo, ma
possibilmente inferiore a 1300°C, al fine di evitare la prematura rottura del tungsteno.
Per il calcolo del filamento, si è facilitati
dalla conoscenza dei diagrammi a lato
riportati.
Da questi,, infatti in corrispondenza
delia temperatura stabilita possono
essere determinati sia la resistività D a
caldo del tungsteno sia la potenza
calorifica q' trasmessa dal riscaldatore
per cm2 di superficie esterna.
Il rapporto:
Stabilisce quale superficie esterna Sa
del riscaldatore permette di ottenere la
desiderata trasmissione di calore.
Si tenga ben presente che, sia perche' il
filamento è piegato su se stesso, sia
perche' il riscaldatore e' interamente
ricoperto di allumina, la superficie Sa
detta apparente e'diversa da quella Sr
reale del filamento di tungsteno nudo.
Essendo nota la resistenza R = Vf /If del filamento, indicando con l e d rispettivamente la
lunghezza ed il diametro di questo, ponendo:
dove K è un coefficiente sperimentale, il cui valore dipende soprattutto dall'isolamento
filamento-catodo richiesto, mediamente uguale a 0,5.
Dal suddetto rapporto, si ottengono le seguenti relazioni
e sostituendo d2 nell'espressione:
si ottiene
e risolvendo rispetto ad l si ottiene [a]
Dalla relazione
sostituendo ad l il valore indicato dalla relazione [a] si ottiene:
da cui:
[b]
Dopo aver determinato il diametro e la lunghezza del filamento per mezzo delle
formule
di calcolo [a] e [b], occorre disegnare una sezione del catodo e del filamento
piegato a fastello e ricoperto dal previsto strato di allumina.
Ciò allo scopo di verificare se il valore assegnato nel precedente calcolo al coefficiente
K corrisponde a quello reale e vedere se e' possibile collocare convenientemente
l' elemento riscaldatore all'interno del catodo.
In caso contrario occorre ripetere il progetto del catodo cercando di modificare nella
maniera più' opportuna lo spazio disponibile per l'alloggio del riscaldatore.
Si tenga presente che il filamento non può essere lungo che in numero intero e pari di
volte la lunghezza del catodo per alcuni mm necessari per le connessioni elettriche al
circuito esterno.
Allo scopo di non aumentare oltre il previsto la temperatura del filamento converra'
sempre decidersi, per una lunghezza con un segmento in più piuttosto che uno di
meno o meglio ancora disporre qualche braccio di lunghezza inferiore agli altri.
Calcolo di un filamento ad elica semplice
Inizialmente il calcolo si svolge come nel caso precedente, ossia,essendo nota la
potenza elettrica di riscaldamento Pf, si determina la potenza termica q che deve
essere trasmessa al catodo e per mezzo dei diagrammi sopra rappresentati, la
resistività D del tungsteno e la superficie apparente Sa dell'elemento riscaldatore
definito dal rapporto:
A differenza del caso precedente il coefficiente K che permette di conoscere la
superficie reale Sr del filamento, non puo' essere considerato un parametro costante
e noto sia pure da incerta approssimazione.
Come indicano infatti i diagrammi sopra descritti è funzione sia delle temperature
stabiite per il funzionamento del riscaldatore sia del rapporto:
tra il passo dell'elica ed il diametro del conduttore.
Non potendo essere conosciuto il valore di e il calcolo dovrà essere eseguito per
successive approssimazioni.
In altri termini, fissato per e un valore arbitrario e1 si determina il valore di K e per
mezzo delle relazioni [a[ e [b] il diametro d e la lunghezza del filamento; pensando di
eseguire l'avvoigimento dell'elica secondo il passo:
p1 = e1 d
Ciò permetterà di stailire se il riscaldatore può trovare una conveniente sistemzione
all'interno del catodo.
Ciò permetterà di stailire se il riscaldatore può trovare una conveniente sistemzione
all'interno del catodo.
In caso contrario occorre modificare il valore in precedenza assegnato ed e e
ripetere i calcoli sino a trovare una soluzione soddisfacente.
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