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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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