Vergiftiging van de cathode door gasmoleculen in het ballon

Vroeger was men niet in staat het ballon goed luchtledig te trekken. Er zat ook een kleine hoeveelheid lucht opgesloten in de verschillende electrodes, en het gas kwam vrij tijdens de werking van de buis. Hoe hoger de temperatuur van de electrode, hoe gemakkelijker het gas uit de electrode vrij kan komen. Dit is vooral van belang met de anode, een electrode met een grote oppervlakte die vaak heel warm kan worden.

De cathode bestaat uit een metalen buis (meestal nikkel) waarop een laag bariumoxide gelegd wordt. Deze laag zorgt voor de electronenemissie. Er zijn echter bepaalde gassen die de werking van de bariumoxidelaag kunnen blokkeren. Een uiterst kleine hoeveelheid chloorgas werkt als een soort catalysator en vernietigt de laag bariumoxide, waardoor de emissie sterk terugvalt. Het is voldoende dat de fabriek gepoetst werd met een reinigingsprodukt met bleekwater om de volledige productie onbruikbaar te maken. Het effekt treedt op na enkele uren of dagen werking en de buizen kunnen niet hersteld worden.

Tegenwoordig gebeurt de productie in speciale ruimtes (de industriëlen hebben veel geleerd bij de productie van geïntegreerde schakelingen). Op het einde van de productie worden de electrodes sterk verhit terwijl de buis luchtledig getrokken wordt. Door de sterke verhitting gaan de gassen uit de electrodes. Nadat de buis afgesloten wordt, vangt de getter de overgebleven gasmoleculen. Contaminatie van de cathode door gasmoleculen is tegenwoordig uitgesloten, behalve kleine producenten die de werkwijze niet meester zijn (kleine chinese fabrieken die op de trend van de buizenversterkers proberen te springen).

Beschadiging van de cathode door ionenbombardement

De electronen worden door de positieve anode opgevangen en de ionen bewegen naar de negatieve cathode. Door hun hogere massa kunnen de ionen de cathode beschadigen. Het resultaat is dat de oppervlakte van de cathode op een maanlandschap gaat lijken. Door de onregelmatige oppervlakte gaat de buis meer ruisen. De werkingsparameters verlopen omdat de afstand tussen cathode en stuurrooster niet meer gelijk is.

Stukjes losgekomen bariumoxide slaan neer op het stuurrooster, waardoor de buis niet goed meer gaat werken (contaminatie van het stuurrooster). Op de pagina van de ontleding van enkele buizen zien we buizen waarvan de stuurrooster een dikke smurrie heeft (EL90 en EF80). Als de buis niet meer voldoende luchtdicht is wordt de getterlaag aangetast. Deze metaalachtige laag wordt doorzichting. Dit zijn twee identieke triodes-pentodes, één met een goede vacuum, één met een verminderde vacuum. Het is aangeraden de buis te vervangen want de eigenschappen zullen verder verslechteren.

Bepaalde buizen zijn meer gevoelig voor deze beschadiging: dit zijn buizen met een kleine afstand tussen cathode en stuurrooster (buizen met een spanrooster).

De anodestroom speelt ook een grote rol: bij een hogere anodestroom zijn er ook meer ionen die de cathode bereiken en kraters veroorzaken in de oxidelaag. Als de anodestroom hoog is, is ook de dissipatie groter, waardoor de anode warmer wordt. Door de hogere anodetemperatuur gaat die meer gassen, waardoor er meer gasmoleculen in het ballon terechtkomen, zodat er nog meer ionen ontstaan.

Rond de cathode vormt zich normaal een electronenwolk. Het wolk heeft de neiging de ionen te vertragen, waardoor de cathode als het ware beschermd wordt. Er is slechts een beperkte electronenwolk als de buis op hoog vermogen werkt (stuurrooster dicht bij 0V of lichtjes positief) of als de buis nog niet op temperatuur is.

De grootste beschadiging van de cathode zou optreden bij het opwarmen van de cathode, als de hoogspanning reeds aangelegd wordt, maar de cathode nog onvoldoende electronen kan uitzenden. Het loont dus de moeite een vertraging te gebruiken (tijdsrelais) om de hoogspanning pas na 30 seconden in te schakelen.

De cathode wordt dus beschadigd als de buis op (te) hoog vermogen gebruikt werd (hoge anodestroom en roodgloeiende anode), maar de buisconstructie speelt ook een rol. Het is geweten dat bepaalde buizen niet lang meegingen (buizen in VHF en UHF tuners met spanroosters en hoge stroom).

De buizen kunnen niet hersteld worden. Het gevolg is doorgaans een buis waarvan de instelling constant verloopt (door cathodemateriaal die op het stuurrooster terechtgekomen is).

Bij nixiebuizen komt er ook cathodemateriaal los en slaat neer op nabijgelegen electrodes. Bij nixiebuizen is er altijd een ionenbombardement omdat de buis gevuld is met een kleine hoeveelheid gas (neongas). Het losgekomen cathodemateriaal heeft minder invloed op de werking van de buis (in vergelijking met een versterkerbuis waarbij het materiaal op het stuurrooster terecht komt).

Laagvorming op de cathode (interface)

Het is dus niet aangeraden een versterker lange tijd in standby te laten (gloeispanning ingeschakeld maar geen hoogspanning). Hetzelfde fenomeen kan optreden met buizen die vaak afgeknepen worden (buizen die vroeger in computers gebruikt werden). Men kan dit effekt beperken door bepaalde spore-elementen toe te voegen aan de coating. Bepaalde andere elementen zoals silicium hebben dan weer als effekt dat de isolerende laag sneller opgebouwd wordt (silicium kan als spore-element aanwezig zijn in de wolfraam gloeidraad).

Bij normale werking gaat de isolerende laag langzaam weg en keren de goede eigenschappen van de buis terug (na meerdere uren).

Slijtage van de cathode

De cathode kan hersteld worden door de gloeistroom te verhogen gedurende een uur (geen anodespanning). Door de verhoogde temperatuur migreert er aktief materiaal van de cathode naar de oppervlakte. Dit wordt normaal niet gedaan bij normale buizen, maar het werd vroeger wel gedaan bij cathodestraalbuizen (televisie).

Ongevoelige cathodes