Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 79

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 79)

У отдельных типов генераторов отношение крайних частот диапазона достигает четырех-пяти. Механизм возникновения колебаний в лампах обратной волны в общих чертах такой же, как и в любом авто- генераторе. При включении питающих напряжений в замедляющей системе возникает импульс тока заряда распределенных емкостей. Он создает ко. лебания сплошного спектра частот, и вдоль системы в разных направлениях бегут затухающие волны. Та нз них, для которой будет выполнено условие самовозбуждения, начнет эффективно модулировать встречный поток по скорости.

Образуются сгустки, которые будут пополнять энергию этой волны, и колебания будут нарастать. Стационарный процесс наступит вследствие того, что с ростом плотности сгустков увеличится действие расталкиваюших сил и дальнейшее улучшение группировки прекратится; с другой стороны, пропорционально квадрату амплитуд ра- Рассмотрим особенности движения электронов в скрещенных магнитном и электрическом полях.

Для этого представим себе два плоских электрода, между которыми приложена постоянная разность потенциалов 1рис. 10.56). Поместим их в магнитное поле так, что его силовые линии будут направлены от нас перпендикулярно плоскости чертежа. Допустим, что в некоторый момент времени на поверхности К с отрицательным потенциалом появился электрон. Под действием электрического поля он начнет двигаться к поверхности А с положительным потенциалом. Однако это движение оказывается весь- 254 стут потери в системе. Диапазоны, н которых используются лампы обратной волны, те же, что н для ламп бегущей волны. В рассмотренных генераторах бегущих волн преобразование энергии .происходит вследствие торможения электронов и потери ими части кинетической энергии, приобретенной под действием источаика ускоряющего напряжения.

Такие генераторы принято относить к кла с с у О. Их общей особенностью является трудность получения высокого КПД, поскольку электроны не могут терять значительную долю кинетической энергии, так как это приводит к нарушению условия эффективного взаимодействия, поля с волной, заключающегося в приблизительном равенстве скоростей потока и волны.

Данное свойство является принципиальным недостатком при построении мощных генераторов. Чтобы избавиться от него, переходят к другому типу взаимодействия потока с полем в скрещенных постоянных электрическом и магнитном полях. Генераторы, в которых используется такое взаимодействие, относят к классу М. тс Рис. 10.56. Траектории движения электронов а постоянных скрещенных электричеокам и магнитном по- лях ма сложным из-за наличия магнитного поля.

Из курса физики известно, что постоянное магнитное поле действует на проводник с током, стремясь сместить его в том направлении, где силовые линии поля проводника направлены навстречу линиям основного поля (рис. 1057), т. е. туда, где результирующее Рис. 10.57. Действие магнитного поля на провод с током поле ослабевает. Очевидно, что эта сила Е действует не на провод (иначе она действовала бы на него и без тока), а на электроны, движущиеся в нем. Поэтому то же самое произойдет и в случае, когда онн движутся не в проводнике, а в вакууме.

В каждой точке магнитного поля на электроны будет действовать сила, перпендикулярная одновременно направлению их движения и магнитному полю. Направление этой силы можно получить, определив по правилу буравчика ход оиловых линий магнитного поля летящего электрона и найдя направление ослабления результирующего поля. Так, легко определить, что электрон, вылетевший из точки ! поверхности К (рис.

10.58), будет отклоняться вправо. В некоторой точке 2 вектор скорости ч электрона направлен под острым углом к плоскости К, и сила магнвтного воздействия Е, перпендикулярная вектору скорости, отклоняет электрон к плоскости К. То же влияние будет в точках 8 и 4, в результате чего электрон вернется к плоскости К (траектория а). Но это будет происходить не всегда. Если электрическое поле велико, а магнитное мало, то искривление траектории будет небольшим и электрон попадет на плоскость А (траектория б).

Наконец, при некотором «критическом» соотношении между электрическим и магнитным полямя электрон пройдет в непосредственной близости от плоскости А (траектория в). Следовательно, если плоскость К вЂ” эмиттирующий электрод (катод), то всегда можно установить соотношение полей, близкое к критическому (Н) Н,р), при котором электроны будут пролетать вблизи поверхности положительного потенциала (анода). Расчеты показывают, что траектории электронов при этом совпадают с траекториями точек обода мысленного колеса, катящегося па катоду с постоянной, так называемой «п е р е н о спой», скоростью: вв — Е/В ° (!0.50) где Š— напряженность электрического, а  — индукция магнитного полей.

Поскольку одни электровы опускаются на катод, а другие поднимаются с него, их движение по вертикали взаимно компенсируется и средний эффект проявляется в перемещении электронного облака с постоянной переносной скоростью вдоль анода. Допустим теперь, что анод и катод образуют замедляющую систему, вдоль которой распространяется электромагнитная волна (рис. 10.58), и на щели / /) з(« Рис. 10.58.

Группировка потока полем бегущей волны в приборах класса М в данный момент действует максималь. ное тормозящее, а на щели 2 мансимальное ускоряющее напряжение', электронный поток движется с той же скоростью и в том же направлении, что и волна. Электрон под серединой щели * Для большей наглядности стрелками на рис. 10.58 показаны направления сил, действующих на электроны, а не на положительные заряды, т. е. векторы напряженности электрического поля с обратными знаками. 1 тормозится и отдает энергию волне.

При этом он начинает отставать от бегущей волны и попадает в поле, конфигурация которого в данный момент соответствует, например, точке А. Но здесь силовые линки переменного поля, иомривляясь (нвпомним, что к поверхности идеального проводника они должны подходить перпендикулярно, см. гл. 5), приобретают поперечное направление и складываются с постоянным полем, что приводит согласно соотношению (10.50) к увеличению скорости электрона, и последний снова вводится в зону максимального тормозящего поля. Если же какой-то электрон оказался в точке В, то вследствие того, что там постоянное поле ослаблено поперечной составляющей поля волны, в соответствии с соотношением (10.50) его скорость уменьшится и он также войдет в зону действия максимального тормозящего, поля.

Рассуждая аналогично, можно показать, что, наоборот, элентроны из-под щели 2, где действует ускоряющее поле, будут удаляться; они перейдут к щели, где действует тормозящее поля, или, как будет показано далее, упадут на катод. Следовательно, в отличие от генераторов класса О группировка потока производится действием не продольной, а поперечной составляющей поля волны. Поле волны само собирает н удерживает электроны в зоне, где действует максимальное тормозящее поле и происходит эффективная передача энергии волне.

Поэтому в отличие от генераторов класса О здесь для обмена энергии нужно, чтобы скорость потока была точно равна скорости волны. Передача энергии одними и теми же электронами не может происходить длительно. При движении электрона только в постоянных полях (см. рис. 10.56) происходит периодичесное изменение его энергии. На катоде он обладает максимальной потенциальной энергией относительно анода; в верхней точке траектории 3 она уменьшается и переходит в кинетическую. За счет запаса кинетической энергии электрон может вернуться на катод в точну Ю, где его потенциальная энергии снова возрастает до максимума, а кинетическая будет равна нулю. Теперь рассмотрим более сложные явления, когда кроме постоянных полей на электроны действует еше переменное поле бегущей вдоль системы волны.

Если электрон Э, вылетел, когда над вим проходило тормозящее поле волны 256 (рис. !0.59), то, потеряв часть кинетической энергии вблизи анода, он уже не может вернуться к иатоду и остановится при возвратном движении в точке 2. Если переносная скорость электронов равна скорости волны, то в ту же точку одновременно прилет и тор- Рис. 10.59.

Траектории движения электронов в приборах класса М мозящее поле, поэтому электрон снова начнет двигаться к аноду и цикл повторится. В каждом цикле элентрон будет терять часть своей потенциальной энергии, приближаясь к аноду, и на столько же будет возрастать энергия волны. На последнем витке электрон ударяется об анод, затрачивая остаток своей энергии на его нагрев, Этот остаток будет тем меньше, чем больше витков описал электрон до удара (тем меньше энергии останется у него на последнем витке). При рассмотрении движения электрона в постоянных полях было показано, что сила, искривляющая его траекторию, тем больше, чем сильнее магнитное поле, и, следовательно, тем меньше радиус витков и тем больше укладывается их между анодом и катодом.

Характеристики

Список файлов книги