Un catodo è l’elettrodo di un dispositivo elettrico in cui la corrente elettrica fluisce lontano dal dispositivo. Un catodo caldo può essere un catodo riscaldato direttamente o indirettamente. Il filamento del catodo è la sorgente degli elettroni nel caso di un catodo riscaldato direttamente. Il filamento è isolato elettricamente dal catodo nel caso di un catodo a riscaldamento indiretto. Un catodo caldo emette più elettroni di un catodo freddo con la stessa superficie.
I primi catodi caldi utilizzavano il riscaldamento diretto. Erano fatti di tungsteno puro e riscaldati a incandescenza bianca. I filamenti successivi sono stati ricoperti con un materiale che emette elettroni più facilmente del tungsteno, il che riduce la temperatura di esercizio di un catodo caldo. Ulteriori miglioramenti ai catodi caldi che utilizzano il riscaldamento indiretto includono filamenti realizzati con tungsteno sinterizzato, leghe torio-tungsteno e tantalio. Alcuni catodi caldi hanno anche la forma di specchi parabolici.
I catodi caldi che utilizzano il riscaldamento indiretto hanno un vantaggio quando si utilizza la corrente alternata, perché questa configurazione produce meno ronzio rispetto a un catodo che utilizza il riscaldamento diretto. Il filamento in un catodo caldo che utilizza il riscaldamento indiretto è comunemente chiamato riscaldatore. Il riscaldatore è solitamente realizzato in tungsteno e circondato da un tubo in nichel.
Un rivestimento di ossido sul filamento di un catodo caldo può ridurre la temperatura di esercizio del filamento. La prima scelta era l’ossido di bario puro e le formulazioni successive utilizzavano una miscela di ossido di bario, ossido di calcio e ossido di stronzio. I catodi caldi rivestiti con questi composti hanno una temperatura massima di esercizio di 1,832 gradi Fahrenheit (1,000 gradi Celsius). Sono soggetti a un rapido degrado in condizioni di alta tensione e sono più spesso utilizzati nei tubi a vuoto a bassa potenza.
I catodi caldi che devono gestire correnti elevate hanno comunemente rivestimenti di esaboruri come l’esaboruro di cerio (CeB6) o l’esaboruro di lantanio (LaB6). Altri tipi di esaboruri comunemente usati per rivestire i catodi caldi includono l’esaboruro di bario, l’esaboruro di calcio e l’esaboruro di stronzio. Questi tipi di catodi caldi bruciano in modo più brillante e hanno una durata maggiore rispetto ai catodi caldi in tungsteno, ma sono anche più costosi.
I filamenti che contengono una piccola quantità di torio sono un’altra opzione per i catodi caldi. Il filamento viene riscaldato a incandescenza bianca in un’atmosfera contenente idrocarburi, che provoca la migrazione del torio sulla superficie del filamento. I filamenti toriati possono gestire l’alta tensione e hanno una lunga durata. Lo svantaggio principale dei filamenti toriati è che il torio è radioattivo. Le alternative al torio nei filamenti a catodo caldo includono cerio, lantanio, ittrio e zirconio.