【电子行业标准(SJ)】 电子管电性能的测试 第９部分：阴极中间层阻抗的测试

中华人民共和国电子工业推荐性部标准电子管电性能的测试
第9部分：阴极中间层阻抗的测试SJ/Z9010.9-87
IEC151-—9（1966)
Measurements of the electrical properties of eleetronictubes and valves
Part9, Methods of measuring the cathode-interface impedance1范围
1。1本文件的主要目的是规定测试中间层阻抗的方法，而不是详细叙述对被测电子管的预处理，稳定处理和工作严格等程序。但是，人们知道测试中间层阻抗的电子管工作条件对所得的结果会有重大影响。1。2叙述评价中间层阻抗测试设备性能的方法，也是本推荐文件的一个目的，测试设备的性能与下列因素有关：1.2。1精度为被測管跨导的函数。1。2。2精度为中间层电阻的函数。1。2。3精度为等效中间层网络的时间常数的函数。1.3本推荐文件中所述的测试方法和程序旨在提供电子管阴极中间层阻抗特性的下列内容：
1.3。1阴极中间层阻抗的存在。1.
阴极中间层阻抗的等效电阻。
33阴极中间闻层阻抗的等效电容。1
第7条概括了测试中间层阻抗特性的电子管在某些工作条件下的注意事项和预期的结果。
2定义
2。1阴极中间层阻抗
存在于阴极基金属和阴极涂层之间的电阻抗。注：这个阻抗可能是由一晟高电限率部分导电材料形成的，或者是由于基金属和涂层之间机械结合不良造成的。它能近似地用等效网结RC来代表。2.2阴极中间层电阻
中华人民共和国电子工业部1987—09-14批准*
阴极中层层阻抗的低极限。
2.3阴极中间层电容
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一个电容与一个适当的电阻并联形成一个阻抗，大致与阴极中间层阻抗等效。注：因为阴极中间层阻抗不能精霜地用两个元件的RC电路代表，电容的个数值并不是唯一的，而决定于近似的方法。
2.4阴极涂层阻抗
在涂阴极的基金属和发射表面之间除去阴极中间层阻抗以外的阻抗。2.5阴极涂层和中间层的总电阻
在阴极涂层和阴极中间层中存在的有效总电阻。3理论
3。1在电子管氧化物阴极的表面和它的外部引出端之间经常存在三个阻抗：阴极引线阻抗、阴极中间层阻抗和阴极涂层阻抗，然而在特定的条件下一个或一个以上可以忽略不计。这三个阻抗中，阴极引线阻抗主要是感抗，它是由电子管的机械结构确定的。阴极中间层阻抗和阴极涂层阻抗主要决定于阴极的化学状况并随电子管的老化而继续变化。涂层阻抗的数值从音频到超高频相对地恒定。在较高的频率，这个阻抗因涂层容抗的减小而降低，但是阴极中间层阻抗从10KHz左右基本上为纯电阻到10MHZ左右变成基本上为容抗，在这个范圈内，由于反馈作用，这种变化随着频率的增加而转变为跨导的增加。在三极管和五极管中跨导的这种变化使得阴极中间层阻抗既有技术上的重要性，也提供了它的测试方法。3。2因为阴极中间层阻抗并不能提供独立的引出端，这个阻抗必须从测试电子管的其它参数中推算。对于三极管和五极管，能够采用跨导对频率的关系，而对于二极管，能够采用阳极电阻对频率的关系。在阴极中间层阻抗引起跨导对频率敏感的频带内，其它效应也会引起跨导随频率的变化。跨导纳的相位决定于渡越时间、阴极引线感抗和栅极一阳极间电容及频率。如果阴极中间层阻抗要精确测试，所有这些效应都必需考虑。
3，3阴极中间层阻抗不仅随阴极温度，随电流密度和电流分布而且也随时间而变化，即是说，在给定时间中测得的中间层阻抗不仪受测试条件的影响，而且也受测试前电子管整个历史的影响。为了避免中间层阻抗的变化，最好在接近实际的工作条件下进行测试，当已知这些条件时，则测试所占用的时间就不要过度延长（见7.1和78条）。
3。4阴极中间层阻抗实际上为分布网络。但是为了实用的目的，中间层阻抗可以近似地用图1和1b中所示的集总常数等效电路之一来表示。通常较简单的电路（图1a）就可满意地近似。所有的正常测试方法都是以这样的事实为基础：在足够高的频率下，这些电路的阻抗接近为零。实际上，对于有1Cm左右面积的阴极，电阻（R）可以从小于1Q到几Ko的范围，而时间常数（RC）可能在*2*
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2×10到6×10-S的范围。较长的时间带数与较大的电阻有关。通常，阻抗在高于80MHz频率下接近于零，而在低于10kHz的频率下，它接近于R。由于阴极涂层阻抗与频率有关，在频率低于100Hz以下时，总的阴极阻抗可能持续上升。在用连续波方法测试阴极中间层阻抗时，通常采用10MHz和5kHz的频率。对于瞬时测试，可采用周期为2×10-5S的矩形波或者持续时间为1×10S的矩形脉冲。在每一种情况下上升时间和下降时间应为8×10-S或者比此更小。
3。5测试阴极中间层阻抗时电桥的平衡不稳定可能表明涂层的附着不良。这种附着不良在阴极温度变化时通常伴随着有短的时间常数和（或）中间层阻抗的微小变化，这与中间层阻抗的一般特性是相反的，典型的特性是中间层阻抗有大的电阻温度系数和时间常数大于01S。在这样条件下，要得到被管中间层电桥，刃络的正确平衡实际上是不可能的。4一般测试条件
4.1中间层阻抗测试设备应按照6·2到6·5条的程序校准。4。2被测管应在给定条件下工作。4。3被管的热丝电压控制在测试所给定的值1%以内。建议用一个稳定的直流电源。
4.4在进行测试以前，被测管只加上测试所用的热丝电压来预热，其时间不少于5分钟。
4。5在中间层阻抗测试以前，电子管不应进行任何其它的电测试。4.6除非另有规定，电子管应在室温环境条件下（从20到80℃）测试。5，测试设备
5。1由于目前用来测试中间层阻抗的各种方法和设备之间存在显著差异，所以不打算推荐那一种方法。所选择的方法在所有情况下都是和第6条中的校准网络相比较为基础的，只要此校准网络满足精确度的要求，方法可以任选。在附录A到F中所述的六个方法也列出了它们的优点和缺点。在电阻大于25Q和时间常数小于0.1uS时，各种方法对测试中间层阻抗的能力会有一些差别。应当注意：在附录A、B和D中所述的方法需使用在10kHZ和10MHZ之间增益基本上均匀的宽频带示波器。5。2所述的全部方法都是小信号法。激励这些电路所要求的信号振幅没有精确地规定，因为它随着管型广泛地变化。在测试中所用信号振幅应加以规定。大信号法可用于特殊的目的。但是，大信号法可能改变被测管中间层阻抗，除非这个信号与电子管实际工作所用的信号基本上一致，这些方法不能推荐作一般应用。5。3因为这种测试是在宽频带高频电路中进行的，必须注意所有使用这类电路*3*
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的正常防护措施。尤其对消除或校正杂散电容和电感的影响是重要的，否则这些影响可能使测试失效。
5。4通常，设备必须用等效网络校准，因为具有中间层阻抗的电子管用作校准测试是不够稳定的。
5.5在图8到图9的电路图中，示出了电路元件的标称值。对于使用等电位氧化物阴极的大多数收讯管和小型发射管，所给的标称值是满意的。但是，为了能合适地工作，某些发射管将要求变更负载电阻和偏压网络。6，设备性能和校准程序
6。1附录中所述的各种方法已被用来测试有源和无源电路元件组成的频率敏感网络的电子特性。在这种情况下，精确地检验和测试阴极中间层阻抗的每种测试方法的能力直接与被测管工作特性有关，因此，当确定设备的测试能力和极限时，就器要使用已知电特性的无源网络和已知工作特性的电子管。6。2下表中所述的网络可用作校准目的。它们的构成必须是使不需要的电感和杂散电容最小，并应使用薄膜电阻。为了得到低的有效中间层电阻，同时减小杂散电感的效应，表中注明的前四个网络就是图1a电路的扩充。R：值相当于频率灵敏的网络电阻，而对手前个网络可以从R，中减去R，和R，的并联电阻得到：R,R
Ri=R,-
每个网络的时间常数为：
=C(R+R2)
则网络的阻抗可表示为：
式中，规定网络的数值特性被代替。前面的与频率有关系的项代表中间层阻抗，第二项为电路扩充而引起的电阻余式。这个余式RR/（R：+R）对于这些网络并不大大地超过10Q。这个余式在有关的频带内稍微均匀地减小样管的跨导，而不会干扰中间层阻抗的测试。
表示网络中R.、R和C的数值表
t(μs)
10000.0025
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图2示出了中间层阻抗实数部分随频率变化的归一化曲线。6.3在6·2条中的网络能够用来校准测试设备，方法是将它们与已知没有中间层阻抗的电子管阴极引线串联（见附录C），并使测试设备中的电子管网络组件工作。电子管的工作特性能够大大提高任何一个测试方法可以得到的精确度。为了确定测试设备完成其作用的能力，必须在跨导和电子管放大系数的整个工作范围内进行校准。选择适合的电子管和改变它们的工作条件能够改变这些参数，复盖的跨导范围大约从1到16mA/V。对于附录中所示的方法，被测管的工作偏压不小于1.5V（为了减小栅流效应），而阳极工作电压应尽可能低以便减小阳极（和帘栅极）耗散。大多数五极管在外面将帘栅极接到阳极上如三极管一样测试。但是，因为某些五极管以这种方式连接放大系数很低，另一种能得到高放大系数的连接方法可用于这些电子管，这就是将帘栅极接到控制栅上。6.4以测得的中间层电阻作为纵坐标和网络的Ri电阻值作为横坐标，用时间常数作为独立的参变数，划曲线就能得到校准曲线系列。所有这些网络都是在跨导几乎恒定的数值下测试的。
以测得的电阻值作为纵坐标和网络的Ri电阻值作为横坐标，用电子管的跨导作为独立变数并固定时间常数，就能得到第二个校准曲线系列。测得的或观察的网络时间常数对实际值关系的第三个曲线系列，也能在电阻R和电子管跨导都作为独立参变数时得到。6。5各种设备的测试能力能够利用上面概括的校准程序估计。同样的技术可以用来评价测试中间层组抗的新设备。应用从校准曲线上得到的修正系数就能在设备灵敏度范围以内对中间层阻抗进行比较精确的测试。7工作程序
7．1在测试过程中，电子管的工作条件一般应选择使中间层阻抗变化最小。使电子管的工作条件与中间层阻抗形成时的条件相同，则能够很好地完成这种要求。在这个工作条件不知道或者该条件不能用于测试的情况下，电子管应在尽可能低的阳极电压下工作，这相应于栅偏压不小于1.5V（直流），而阳极电流要足以产生精确度要求相应的跨导。在测试过程中的工作时间应尽可能短。7.2在测试中间层阻抗期间，减小阴极温度能使测试灵敏度有效地增加。在高于正常阴极温度和在低的阴极电流密度下工作，通常能加速阴极中间层阻抗的形成。对于每一特定情况，必须确定加速系数和加倍系数。7．3当校准仪表和有关设备时，应当注意保证良好的稳定性和测试的重复能力。这对于热丝电源和有关的仪表是特别重要的。*5*
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附录A
补充网络电桥法
电子管是在图8的电路中接成常规的放大器进行测试。栅极是由分相器一半中取得的短形波来激励。分相器的电子管应为高跨导式管。输人矩形波的上升和下降时间应为8×10-8S或更小，周期约为2×10S。振幅度应小到符合精度度。跨导平衡电阻调到等于被测管跨导（低频）的倒数，并在观察示波器时用CQ来平衡90°的相移误差。如果电子管没有阴极中间层阻抗，则当补充网络的全部元件都调到零时，就没有误差输出信号。如果有中间层阻抗，则管子的视在跨导对频率是灵敏的，并且不能用跨导的电阻倒数来匹配，示波器上就出现输出信号。示波器上的低增益不平衡波形如图8中的插图A所示。使示波器与100kHz同步信号的奇次谐波同步就会得到重迭，调节跨导来消除靠近插图A左边缘转换点前面的误差。在L调节一定量并断开Rs-Ls支路时，调节90°相差控制器Co来消除转换点的前沿峰尖，并调节R，来消除前沿上的任何阶梯。如果调节L，不能使误差减小到零，则稍微重调Co和R，就得到与图8的插图B相似的误差图形。这个误差图形指示中间层阻抗有与图1b电路等效的两个时间常数。在稍微调整R，和L，时，利用Rs和Ls就能得到平衡。当得到平衡时，补充网络的参数就直接与中间层参数有关，通过计算就能得到中间层参数。图8中所示的补充网络有四个可调元件和两个不可避免的寄存元件。如果寄生元件R，和L，能够忽略不计，则中间层电阻就简化为R；的值。但是，寄生元件一殷是不可忽略的，对于低值电阻和短时间常数（小于0.1uS）尤其是这样。在这种情况下，阴极中间层电阻可根据补充网络参数计算如下：Ri-(LiL)\R+(LL)\R+(LL,)\RRRRbZxz.net
(LL+L,Ls+,L.)2
RR+RR+R,Rs
如果杂散电感L，的值不确定成为麻烦问题，则可将杂散电阻R，与50到100的固定电阻组合起来以减小L，的不定影响。电感L，在任何情况下都应尽可能小，因为这个电感是与被测管阴极引线有效地串联，如果太大，就可能引起大的相位移，以致它不能被90“相移电容适当地修正。缺点：
（。）六个参数必须平衡。这就要占用时间并要求一定的熟练技能（b）除非频率保持恒定和度盘直接校准。实际的中间层阻抗必须根据补充网络参数计算。
优点：
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能够对等效网络所有四个元件提供有优良精确度的资料最多。*
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附录B
分路导纳法
测试中间层阻抗的分路导纳法是使用一个宽频带跨导电桥，与补充网络法所使用的相似。但是，代换阴极电路中的补充网络会消除跨导随频率的变化，分路导纳法实际上是测试用网络表示的复杂的跨导纳，它相当于跨导的倒数与中间层阻抗串联。当测试跨导超过10mA／V的电子管时，网络阻抗等级使得这个方法特别有价值，因为它不需要模拟或补充在这些电子管中具有重要性的低值阴极中间层阻抗。对于低值中间层阻抗，即R约为1Q时，模拟网络或补充网络的结构成为困难问题，因为杂散电感在低阻抗级是很麻烦的。被测管接成三极管，并在图4的电路中工作。栅极激励是由分相器的～个输出端来供给，后者是由周期为2×10S和上升时间等于或小于8×10-S的矩形波来激励。
矩形波幅度小到符合良好的精确度，即约为100到200mV。在平衡时，如图4的播图A所示的矩形波的后沿趋向重合（以100kHz同步脉冲的奇次谐波同步的示波器）。在导纳臂断开时，利用90°相移控制器Co来消除剩余电容的馈送作用。因此，任何剩余的误差信号是由阴极中间层阻抗引起的，而且由于在跨导臂的分路中引进导纳而失去平衡。每个导纳臂会消除在距形波转换点后面出现的一项指数误差。图4的插图B表示具有一项剩余误差的波形。中间层电阻根据下列关系能够容易的计算出：Gi+G
μ+1m（gm+G+G)
式中μ是放大系数，gm为低频跨导，而G，和G，为两个分路跨导纳臂的高频电导。如果要求中间层阻抗更详细的资料，则能够根据在电桥上测得的跨导和导纳用标准网络综合法来计算中间层阻抗。缺点：
（·）六个参数必须平衡。这就要占用时间并要求一定的熟练技能。（b）除非预先制成卡片或计算图表，实际的中间层阻抗必须根据跨导网络的倒数来计算。
优点：
很适宜测试对低值阻抗具有重要性的高跨导电子管的中间层阻抗，因为电感效应存在，直接模拟这样低阻抗是困难的。*8*
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附录C
标准管对比法
电子管是在图5所示的电路中作为放大器工作时进行试。输入矩形波的上升时间应等于或小于8×18S，而期约为2×10-S。幅度应小到符合精确度。用一个差动放大器把从被管取得的输出脉冲与从标准管（最好与被测管的型号相同）取得的输出比较，标准管的中间层阻抗大体上为零①。改变标准管的偏压和元件R和C来调整从差动放大器取得的误差输出达到平衡。当得到平衡时，在两个元件近似的范围以内，R和C的数值就等于中间层阻抗的数值。一个复杂的网络可以显示很广泛的平衡，可加进一个附加电路来确定复杂系统的等效参数。
对于中间层时间带数大于0.1μS的情况，这个方祛与补充网络电桥法（附录A）测试中间层电阻能够得到几乎相同的精确度。缺点：
要求没有中间层的电子管作标准。优点：
（a）直接读出，
（b）能有优良的精确度。
注①，为了确定电子管有没有中间层阻抗，使用中间层电阻的度灵敏特性。被检验的电子管要有一个已知的中间层电阻网络接在它的期极电路中。然后在正常的热丝电压、低于正带热丝电压20%和高于正带热丝电压20%的情况下测试电子管中间层电阻，并将三个中间层电阻的数值进行比较。这些读数差值高于5口的电子管不能作为无中间层的电子管使用标准管的选择和保管必须加以注意。
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附录D
差动比较法
电子管是在图6所示的电路中作为阴极输出器工作时进行测试。输人脉冲的上升时间应等于或小于2×10-S，而持续时间约为1×10S，幅度应小到符合精确度，用一个差动放大器把从被测管取得的输出信号与输人信号的一部分进行比较。在Rx调到零时，调节R就得到图6中插图曲线A所示的状态。调节R使输出信号调到插图曲线B所示的状态。因此，R就等于中间层电阻。中间层阻抗的电容根据示波器上观察的衰减曲线能够估计出来。这个方法能得到与标准管对比法（附录C）差不多的精确度。缺点：
（。）中间层电容只能估计；
（b）要求一个无中间层的电子管作差动放大器。优点：
（）中间层电阻直接读出，
（b）对于各种类型有良好的精确度，（e）工作简单，
（d）电子管支取很小的直流电流，因此中间层电阻变化很小。#10
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附录E
连续波法
电子管是在图7所示的电路中作为等效二极管进行测试。将电子管在二个频率上与Rp，R和C组成的模拟网络相比较。因为只使用两个频率，就只能确定两个未知参数。选择模拟网络的电容使得它的电抗在10MHz下比中间层电阻小，而在5kHz下比中间层电阻大。在10MHz下剩余电抗用一个小的串联电感来补偿。为了进行测试，电子管用一个有稳定幅度的5KH2恒定阻抗的振荡器来激励，将跨在电子管上的交流电压调到一个参考值（约0。1），该值用真空管伏特表测得。然后转接到10MHz振荡器，并调节振荡器给出相同的电平。在电子管加偏压截止时，模拟网络就受到10MHz信号源激励并调节Rp给出相同的电压。用5kHz发生器重复相同的一般程序，然后再调节Rx。R就等于电子管的中间层电阻。
为了得到三极管和多橱管合适的电流量和电流分配而使用的偏压网络，对于二极管是不需要的。
缺点：
（，）不能提供有关时间常数的资料（b）对于很短的时间常数则精确度较小，：但是在0.1S区域中比其它的方法较灵敏。
优点：
（）中间层电阻直接读出：
（b）工作简单，
（e）当没有上升时间快的脉冲发生器和示波器时是有用的，*11
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附录F
测试阴极涂层和中间层总电阻的低频法电子管是在图8所示的电路中作为三极管工作。阳极电源应有大于1Q的阻抗。控制栅通过0.5MQ电阻接到一个可变的正电源上并可方便地将橱流调至约为0.4mA。因为0.5M0比栅一阴之闻的二极管阻抗大，橱极电流保持恒定，而栅极电位随着阴极表面电位而变。
通过控制阳极电压来调节阳极电流Ia到标称值，而阳极电压V.用阳极引线上的低阻抗变压器调制。当电子管电压表转换到S，时，将调制增加到个数值8I，在1000的电阻上就给出100mV的读数。如果电子管电压表再转换到栅极电路的位置S，，就会指出一个数值：Vg与以前调节的Ia值相对应。阴极涂层的总电阻Tkt就由下式给出：
式中K是校准常数。
仪表可以直接读出欧姆数。
在新管子插入和阴极引线电阻为零时，读出电阻的数值。在I名和1的相同数值下测试同样型号的所有新管子时就会发现这个数值几乎是恒定值。这个值称为零误差，并在I，和I，的相同数值下进行全部随后的试中将它减去。在阴极引线中插人一个可调的精密电阻，就可以检验设备的性能。缺点：
（）没有指明中间层阻抗的电容分盘（b）不能划清中间层电阻和阴极涂层实际电阻之间的区别。优点：
（·）容易调整和使用；
（b）良好的重复性
（c）简单和便宜。
关于理论的说明。
参考图9，作出基本假定，在栅流恒定时，Vg-k是不变的，因此，阴极电流的变盘Ik产生阴极表面电位的变盘Ia×Tkt于是：8×Tkt=8Vg-e
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