Bereich: Technik  
     
     

Lebensdauer der Katode

Die Lebensdauer der Oxidkatode einer Elektronenröhre wird unter anderem durch elektrochemische Vorgänge in ihrem Inneren bestimmt. Wird die Katode über längere Zeit geheizt ohne das ein Elektronenstrom zur Anode zum Fließen kommt, bildet sich eine sogenannte Zwischenschicht zwischen dem Katodenträgermaterial und der Oxidschicht. Diese Zwischenschicht führt dazu, daß die Emissionsfähigkeit der Katode stark reduziert wird. Mikroskopische Untersuchungen zeigen die Schicht als glasartige, direkt auf dem Trägermaterial (Katodenhülse) entstehende Schicht. Die Neigung zur Ausbildung einer Zwischenschicht steigt mit der erhöhung der Steilheitsdichte mA/V cm² des Röhrensystems. D. h. je mechanisch kleiner und steiler ein Röhrensystem ist, desto höher ist dessen Neigung zur Ausbildung einer Zwischenschicht. Im weiteren ist die Zwischenschicht ist sehr frequenzabhängig. Für die praktische Betrachtung kann die Zwischenschichte als Parallelschaltung eines Kondensators und ohmschen Widerstands gesehen werden.
Für Aussagen über die Schichtbildung kann die Röhre bei verschieden Frequenzen einer Steilheitsmessung unterzogen werden. Eine zwischenschichtfreie Katode zeigt eine innerhalb ihrer Betriebsbandbreite frequenzunabhängige Steilheit.
Eine bereits gebildete Zwischenschicht kann zwar durch eine sogenannte Regenerierung gemindert werden. Die vollständige Wiederherstellung der Katodenfunktion ist jedoch nicht möglich.

Über die Lebensdauer einer Röhre wird in Folge des Elektronenaustritts auch Katodenmaterial abgetragen. Hohe Überlastungsmomente oder das Anlegen der Anodenspannung an eine nicht vorgeheizte Röhre führen zu einem erhöhten Abtrag von Katodenmaterial und damit zu einer Lebensdauerverkürzung der Röhre. Dieser Effekt ist nicht auf Röhren mit Oxidkatode beschränkt, sondern betrifft auch direkt geheizte Röhren mit Wolframkatoden.
Das von der Oxidkatode abgetragene Material kann sich auf den Gittern niederschlagen zur sogenannten Gitteremissionen führen. Das Katodenmaterial auf dem Gitter verursacht das das Gitter selbst zusätzliche Elektronen in das Röhrensystem emittiert und dadurch den Anodenstrom erhöht. Als Folge verschiebt sich der Arbeitspunkt der Röhren was zu Verzerrungen und thermischen Überlastungen führen kann. Als Folge der Überlastung erhitzt sich das Gitter dodurch noch mehr Elektronen emittiert werden. Der sich bildende Kreislauf führt in der Regel zu einem schnellen Ausfall der Röhre. Besonders kritisch ist die Gitteremision bei Röhren die in Schaltungen mit einer sehr hochohmigen Gitterstromkreisen betrieben werden. Eine durch die Gitteremissionen hervorgerufene Erhöhung des Gitterstroms um wenige Mikroampere genügt bereits um einem Ausfall zu verursachen.
Doch auch unter normalen Betriebsbedingungen findet in der Röhre ein stetiger Abtrag von Katodenmaterial statt. Der Verbrauch der Katode unter normalen Betriebsbedingungen liegt jedoch in einem Zeitraum der die Lebensdauer der Röhre an sich bereits mehrfach übersteigt.