Alhoewel de meeste PA's reeds 'solid state' zijn is er voor de oudere OM altijd nog een bepaalde binding aanwezig met de electronenbuis. Bij de transistor speelt het hele proces zich of in een vaste stof, terwijl dat bij de electronenbuis in vacuum geschiedt. Bij de electronenbuis heeft de kathode een zeer belangrijke functie, nl. electronen produceren. Hier volgt een korte beschrijving van de kathode.
Welke materialen komen voor de kathode in aanmerking? Dit moeten metalen zijn met een hoog smeltpunt, een voorwaarde voor een Lange levensduur, gepaard gaande met voldoende electronenemissie. Twee metalen komen in aanmerking en wel Wolfraam (smeltpunt 3300 K) en Nikkei (smeltpunt 1724 K ).
Het eerstgenoemde wolfraam wordt het meest gebruikt als hoofdmateriaal voor de fabricatie van kathoden in zendbuizen, direct of indirect verhit, zoals ze dan genoemd worden. Zuivere wolfraam heeft op zich een lage electronenemissie, ongeveer 7 mA/W bij en bedrijfstemperatuur van ongeveer 2500 K, de levensduur van de kathode is bij deze temperatuur echter optimaal. Om de electronenemissie to verbeteren ondergaat de kathode o.a. de volgende bewerking: Men voegt aan het wolfraam ongeveer 2% thoriumoxide toe via een bepaalde procedure, bij een bepaalde temperatuur in vacuum wordt het thoriumoxide naar de oppervlakte gediffundeerd tot thorium. Men heeft nu de gethorieerde wolfraamgloeidraad. (In USA Thoriated tungsten.)
De electronenemissie is nu opgelopen tot 80 a 100 mA/W bij een bedrijfstemperatuur van ongeveer 2000 K. Dit is ook weer 500 K lager dan voor de pure wolfraamdraad. Een veel gebruikte zendbuis is de 3/500 Z met Thoriated Tungsten filament 5V-14A. De weerstand van de gloeidraad in koude toestand is 0,04 Ohm, bij 5V aangelegde gloeispanning is de inschakelstroom erg hoog, bij een ideale trafo (125 Ampere) echter over een tijdsbestek van enkele microseconden. Wel begrijpelijk dat de puntlassen van gloeidraad op de buisvoetpennen van goede kwaliteit moeten zijn. Men zou in de primaire van de gloeitrafo een klein weerstandje op kunnen nemen, b.v. 10 Ohm, om die inschakelstroompiek te beperken. De gloeispanning moet men natuurlijk op de buisvoet meten. Voor de optimale levensduur van de gloeidraad mag de bedrijfsspanning 5% maximaal afwijken, bij 5 Volt is dit dus 4,75 onder en 5,25 Volt boven grens. Het is beter om de exacte waarde, die is opgegeven, aan te houden.
De gethorieerde wolfraamgloeidraden zijn hard en broos. Men moet de buizen daarom niet aan schokken of stoten blootstellen en in de TX trillingsvrij opstellen. Ook de anodeaansluiting, meestal aan de top van de buis liefst met een soepele verbinding. Door de fabrikant wordt veelal een buisvoet geleverd die voor een betreffende buis geschikt is met het oog op de luchtkoeling, wat ook een belangrijke factor is, voor de levensduur van de buis. Naast de gethorieerde wolfraamgloeidraad in de zendbuis is er ook de oxidkathode zowel direct als indirect verhit.
De direct verhitte kathode bestaat uit een dunne gespannen band van nikkel of wolfraam die bedekt is met oxyde. De indirect verhitte kathode bestaat uit een nikkelen buis met daarin een gloeidraad of gloeispiraal. Dit buisje is voor een groot gedeelte bedekt met het oxyde. De kathode wordt behandeld met een laag barium-strontiumcarbonaat. Bij behandeling in vacuum onder een bepaalde temperatuur vormt zich eerst bariumoxyd, dat bij verdere behandeling in de oxydlaag overgaat in barium. Wat we nu verkregen hebben is een kathode die reeds bij 1060 K een specifieke emissie heeft van ongeveer 250 mA/W. Een prima kathode voor kleine zendbuizen. Kleur van de kathode in bedrijf kersrood. Buizen met indirect verhitte kathode zijn 6146B of b.v. 4CX250B - 807 - PE 6/40. Zendbuizen worden op de fabriek voldoende lang ingebrand en voor direct gebruik aan de amateur afgeleverd.
Het opnieuw inbranden in de TX heeft geen zin, is zelfs niet gewenst.
Om de zendbuizen te sparen hebben de meeste transceiverfabrikanten dan ook een schakelaartje op het voorfront om bij langdurig luisteren de gloeidraad van de eindbuis uit te schakelen. Zit er niet voor niets op! In de praktijk is gebleken dat sommige buizen met oxydkathode, met gloeidraad aan en zonder anode-spanning, sneller in emissie achteruit gaan dan buizen, die normaal in gebruik zijn.
Belangrijk is ook de gloeispanning bij hogere frequenties. Voor b.v. de 4CX250B is de gloeispanning als volgt:
300 MHz en lager - 6 V en niet 6,3 V.
300 tot 400 MHz 5,75 V en
400 tot 500 MHz 5,5 V.
Om de emissie van de kathode te bewaren is het noodzakelijk de ballon van de buis extreem goed vacuum te pompen. Het vacuum van de meeste zendbuizen ligt in de orde van 10-7 mm kwikdruk. Met een getter kunnen de laatste gasdeeltjes gebonden worden.
In buizen met een klein vermogen zijn er geen problemen bij het toepassen van gethorieerde gloeidraad of direct en indirect verhitte oxydkathode tot ongeveer 4 kV. Bij grotere zendbuizen 5 kV - 20 kV past men veelal de wolfraam kathode toe, omdat bij het aanwezig zijn van gasdeeltjes, hieruit ionen vrijkomen die met grote snelheid op de kathode terugslaan en indien een oxydelaag aanwezig was deze zouden vernielen. Dit effect treedt des te heviger op, met toename van de hoogspanning. Voor deze buizen is dus een vrij hoge gloeidraadenergie nodig, omdat de emissie door gebruik van wolfraam laag is.
B.v. buis TA 20/250 PHILIPS anodespanning 20 kV anodedissipatie 130 kW gloeispanning: 35 V > gloeistroom: 420 A = 14.7 kW.
Deze buis is natuurlijk water gekoeld.
Wolfraam: symbool W
Atoomnummer 74, atoomgewicht 183.9, dichtheid 19.3.
Hard metaal met het hoogste smeltpunt 3655 K.
Nikkel: symbool Ni
Atoomnummer 28, atoomgewicht 58.7, dichtheid 8.5.
Zilverwit glanzend taai metaal. Komt in de natuur meestal samen met Cobalt (Co) voor en is hiervan moeilijk te scheiden, wegens de sterke chemische verwantschap. Oxydeert niet aan de lucht.
Smeltpunt 1724 K.
Molybdeen: symbool Mo
Atoomnummer 42, atoomgewicht 95.95.
Komt in de natuur voor als molybdeenglans MoS2 en geel looderts PbMoO4. Wordt gebruikt bij de fabrikatie van gloeidraden in lampen en als weerstandsdraad bij electrische ovens. Wordt ook gebruikt bij de fabrikatie van staalsoorten.
Smeltpunt 2895 K.
Tantaal: tantalium, symbool Ta
Atoomnummer 73, atoomgewicht 180.88, dichtheid 9.
Zilverwit hard metaal, werd vroeger in gloeilampen gebruikt.
Smeltpunt 3300 K.
Temperatuurschalen Kelvin en Celcius, Kelvin (absolute schaal), 273 K = 0°C. Aantal K = °C + 273.
Martin, PA0BX.