Empoisonnement de la cathode par les molécules gazeuses dans l'ampoule

Il n'était pas possible de faire un vide suffisant dans le ballon. Il y avait également une quantité de gaz présent dans les électrodes, et ce gaz a tendance à se libérer quand l'électrode est chauffée (dégazage). Plus la température de l'électrode est élevée, et plus le dégazage est important. Le dégazage est surtout présent avec l'anode qui a une surface importante et qui peut devenir très chaude quand le tube fonctionne.

La cathode est composée d'un tube en métal (généralement du nickel) qui reçoit une couche d'oxyde de baryum (souvent combinée à d'autres oxydes métalliques). C'est cette couche qui permet l'émission d'électrons à partir d'une température relativement basse.

Il y a des composants qui peuvent réduire le fonctionnement de la couche d'oxyde. Une très faible quantité de chlore peut détruire la couche d'oxyde de baryum en quelques jours. C'est suffisant qu'une femme de ménage ait nettoyé les locaux avec de l'eau de javel pour rendre tous les tubes inutilisables. L'effet apparait au bout de quelques jours de fonctionnement et les tubes ne peuvent pas être réparés.

La production des tubes se fait maintenant dans des ateliers à l'atmosphère controlée (les industriels ont beaucoup appris de la fabrication de circuits intégrés). A la fin de la fabrication les électrodes sont chauffées pendant qu'on fait le vide dans l'ampoule. La température élevée favorise le dégazage des électrodes. Une fois que le tube est scellé, le getter absorbe les molécules restantes. La contamination de la cathode par les gaz présents dans l'ampoule est peu probable, sauf s'il s'agit de tubes produit dans de petits ateiliers qui n'ont pas les connaissances nécessaires.

Destruction de la cathode par bombardement ionique

Les électrons sont attirés par l'anode positive, tandis que les ions se dirigent vers la cathode. A cause de leur masse plus élevée les ions peuvent facilement endomager la cathode dont la couche d'oxyde est plus fragile. Vue au microscope, la couche d'oxyde ressemble à un paysage lunaire. Le tube produit un bruit de fond plus élevé à cause de la surface rugeuse. Les paramètres de fonctionnement peuvent se déplacer à cause de la distance cathode-grille de commande qui n'est plus correcte.

Les débris de la cathode se déposent sur la grille de commande et le tube ne fonctionne plus correctement (contamination de la grille de controle). Sur la page du strip de certains tubes électroniques on voit que la grille de commande a reçu une couche d'oxyde en provenance de la cathode (EL90 et EF80). Le getter est attaqué si le vide dans l'ampoule n'est plus parfait. La couche métallique devient un peu transparente. Il s'agit de deuxc tubes identiques (triode-tétrode), le premier avec un vide parfait, le second avec un vide réduit. Il faut remplacer ce tube, car les caractéristiques du tube vont se dégrader.

Certains tubes sont plus sensibles à cet effet: il s'agit de tubes qui ont une très faible distance entre la cathode et la grille de commande (tubes avec grille cadre).

La valeur du courant anodique joue égalemement un rôle important: quand le courant est plus important, il y a également plus d'ions qui frappent la cathode. Quand le courant anodique est plus important, la dissipation est également plus importante et l'anode devient pluis chaude, ce qui produit un dégazage plus important.

Il y a normalement un nuage d'électrons autour de la cathode. Ce nuage a tendance à ralentir les ions, ce qui protège la cathode. Le nuage devient plus ténu quand le tube fonctionne à puissance élevée (tension de la grille de commande près de 0V ou positive), ou quand le tube n'a pas encore atteint sa température de fonctionnement.

La destruction de la cathode peut être importante pendant le chauffage de la cathode quand la haute tension est déjà présente. Trop peu d'électrons sont émis et le nuage d'électrons ne se forme pas. Cela vaut la peine de placer un relais temporisateur qui n'enclenche la haute tension qu'au bout de 30 secondes.

La cathode peut donc être endommagée quand le tube fonctionne à puissance (trop) élevée: le courant est trop important et l'anode devient trop chaude, mais le type de construction joue également un rôle. Certains tubes utilisés dans les tuners VHF et UHF n'avaient pas une durée de vie élevée (tubes à grille cadre utilisés avec un courant élevé).

Les tubes ne peuvent pas être réparés. Le phénomène le plus présent est que la polarisation du tube n'est pas stable (à cause du matériel en provenance de la cathode qui se retrouve sur la grille).

Il peut également y avoir une destruction de la cathode dans les tubes nixie. Le métal de la cathode active se dépose sur les électrodes proches. Il y a toujours un bombardement ionique, puisqu'il y a toujours un gaz dans le tube, mais l'attaque de la cathode porte moins à conséquence en comparaison des lampes électroniques.

Formation d'une couche isolante sur la cathode (interface)

Il n'est donc pas recommandé de laisser un amplificateur en stand by (tension de chauffage présente mais pas de haute tension). Le même effet peut apparaitre dans les tubes qui sont coupés (tension de polarisation très négative), comme les tubes qui étaient utilisés dans les premiers ordinateurs. On peut réduire l'effet en ajoutant certains composants à la cathode. D'autres composants comme le silicium, qui est souvent présent sous forme de traces dans le filament en tungstène peuvent accélerer la formation de la couche isolante.

La couche disparait lentement quand le tube est en fonctionnement normal.

Usure de la cathode

La cathode peut être réjuvénée en augmentant le courant de chauffage pendant une heure (sans tension anodique). La température plus élevée force les constituants actifs vers la surface de l'électrode. Cette procédure n'est normalement pas utilisée avec des tubes courants, mais était utilisée avec certains écrans de télévision.

Cathodes peu sensibles