Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Отсюда ясно, что КПД генераторов класса М тем больше, чем сильнее магнитное поле. Однако увеличение напряженности магнитного поля встречает значительные техничесние трудности, поскольку для сохранения синхронности движения потока с волной согласно условию (10.50) необходимо пропорционально увеличивать напряжение на аноде. Иначе ведет себя элентрон Эь вылетевший с катода во время действия ускоряющего поля. Этот электрон приобретает в верхней части витка кинетическую энергию, превышающую расход его потенциальной энергии, поэтому он возвращается на катод и тратит избыток своей энергии на нагрев последнего. Таким образом, электроны, отдающие свою энергию, длительное время находятся в пространстве взаимодей.
ствия, часть за частью передавая ее волне, а электроны, отбирающие энергию, совершают это однократно и уже на первом витке возвращаются на катод. Благодаря этому в целом поток передает энергию волне. Из того, что мы рассмотрели, вытекает и основная принципиальная особенность генераторов классе М: в них происходит преобразование потенциальной энергии электронов потока в энергию волны. При этом расход энергии электронами не изменяет средней скорости потока и не нарушает условий синхронйзма. Следовательно, для электронного КПД генераторов этого класса не существует никаких принципиальных ограничений.
В настоящее время известны генераторы класса М с КПД, превышающим 80%. В большинстве практических случаев замедляющие системы генераторов класса М свертывают в кольцо. Это не меняет рассмотренной выше обшей картины явлений. Траектории электронов в цилиндрической системе с постоянны-, ми полями будут иметь вид следа точки окружности, катящейся по катоду, причем радиус этой окружности тем меньше, чем сильнее магнитное поле. Как и в плоской системе, траектории электронов, отдающих энергию волне, будут иметь вид нескольких витков, оканчивающихся на аноде (рнс. !060). Электроны же, поглощающие энергию„ будут на первом витке возвращаться на катод. Рассмотрим теперь, как эти общие идеи находят конкретное техническое воплощение. На рис.
10,61, а изображе- Рис. 10.60. Траектории движения электронов в цилиндрических генераторах класса М на конструкция мошной лампы бегущей волны — усилителя класса М. Прибор имеет цилиндрическое строение и помещается в магнитное поле, перпендикулярное плоскости чертежа. Электронный прожектор, состоящий нз катода 1 и ускоряющего электрода б, разгоняет электроны 2, которые заворачиваются магнитным полем и летят вдоль замедляющей системы типа двойной гребенки 5, играющей роль анода. Постоянное напряжение приложено между ннм и холодным (неэмитгирующим) катодом 7. Входной сигнал подается через коаксиальный ввод 4, расположенный вблизи прожектора. Усиленный сигнал снимается с коллекторного конца замедляющей системы 3.
В средней части этой системы расположен поглотитель 8. На рис. 10.61, б изображена кои. струкция мошной лампы обратной волны — автогенератора класса М. Его конструкция близка к рассмотренной а) Рис. 10.61. Мощные генераторы класса М: а — лампа бегущей 'волны — усилитель; б — лампа обратной волны — эвтогенератор 257 9 — 131 п фп = 2п й/ (10.52) Риц 10.62.
Магнетронный генератор йзм/з+~ = 2ж ( + ) = (10.53) а) Рис. 10.63. Конструкция магнетрона (а) и его резонатора (б); т — катод; 3 — знодныа бвая; 3 — резонатор;  — петля связи; 3 — вывод энергия перед этим системе. Прибор имеет ту же замедляющую систему и один вывод энергии вблизи электронного прожектора. Флуктуации электронного потока в лампе создают различные волны, бегущие вдоль ее замедляющей системы. Для одной из волн выполняется условие равенства скоростей и противоположности направления по отношению к потоку электронов.
Такая волна усиливается, и в приборе возникает самовозбуждение. Генераторы этого класса на сантиметровых волнах позволяют получить полезную мощность до 10 кВт при КПД более 40% и коэффициенте электронной перестройки 1: 2. Наиболее распространенным из генераторов бегущих волн класса М является м а г не трон. Его замедляющая система представляет собой цепочку резонаторов (рис. 10.62).
В отличие от рассмотренных выше генераторов он не имеет электронного прожектора (его заменяет массивный цилиндрический катод); в нем отсутствует также коллектор. Благодаря этому электронный поток н колебательная система становят- Х 1 ся замкнутымн.
Как н у рассмотренных ранее генераторов класса М, во вращающемся около катода электронном облаке образуются сгустки («спицы») в областях, где действует тормозящее электрическое поле. На рис. 10.63 дано объемное изображение конструкции марнетрона. Замкнутость системы создает новую особенкость в работе генератора, Режим установившихся колебаний воз( можен в генераторе только тогда, когда волна, обойдя замедляющую систему, например, от резонатора 1 (см. рис.
10.62) вернется к нему с той же фазой или отличающейся от нее на целое число 2ярад. Бегущая волна тока, обтеная резонаторы, создает на каждом из них падение напряжения, сдвинутое относительно тока на некоторый фазовый угол зависящий от расстройки резонаторов относительно частоты генерируемых колебаний. Из условия замкнутости следует, что сумма фазовых сдвигов й/ Чп (10.51) где й) — число резонаторов; п — целое число (п=О, 1, 2, 3, ...), а фазовый сдвиг на один резонатор Легко убедиться, что сдвиг Ф„может принимать различные значения только при л(йс/2. Так, если и= =ст/2-~1, то что с точностью до направления отсче- та совпадает с Е Ей/ В л (!0.58) (10.54) Действительно, 259 грие — ! . Следовательно, в магнетроне в отличие от рассмотренных выше генераторов класса М с разомкнутой замедляющей системой могут возбуждаться только !у/2+1 разных типов колебаний, соответствующих значениям л=б, 1, ... ..., /У/2.
Различный фазовый сдвиг на резонаторах может возникнуть только при разной частоте проходящей через них бегущей волны тока. Значит, при различных типах колебаний в магнетроне возбуждаются разные частоты. Как же практически вызвать в магнетроне колебааия желаемого типа? В гл. 5 мы познакомились с уравнением бегущей волны (5.4), которое можно переписать в виде и = (/ соз (в ! — в х/и). (10.55) Второе слагаемое в скобках показывает, на сколько изменяется фаза волны при прохождении пути х.
Если расстояние между соседними резонаторами Е, а сдвиг фаз колебаний в них (который надо рассматривать как результат запаздывания бегущей волны) <р, то согласно .уравнению (!0.55) грп = в Еl оп (!0.56) откуда, учитывая выражение (10.52), аЬ вЕ.У /.й/ оп= = = / (~!057) 2»» л Последнее выражение показывает, что в зависимости от типа колебаний (номера л) скорость распространения бегущих волн вдоль замедляющей системы различна.
Для аффективного взаимодействия волны с потоком необходимо, чтобы они двигались синхронно — с одинаковой скоростью. Средняя же скорость потока определяется отношением напряженности электрического и магнитного полей. Следовательно, для возбуждения колебаний желаемого типа нужно установить такое напряжение на аноде, при котором выполнялось бы 9" условие синхронизма потока с волной: Из этого выражения следует, что скорость электронов, равная скорости бегущей волны, убывает с увеличением номера »: наименьшей она будет при максимальном значении»=/Г/2. При этом, как видно из (10.52), колебания в соседних резонаторах будут сдвинуты относительно одна другой на фпв=п, т.
е. будут в противофазе. Для возбуждения их согласно выражению (10.58) потребуется минимальное анодное напряжение, что технически выгодно. Подробная теория показывает также, что при колебаниях п р о т и в оф а з н о г о типа осуществляется наиболее эффективное взаимодействие потока электронов с волной. Поэтому практически во всех магнетронах используют такие колебания.
Поскольку энергия в магнетроне переносится бегущей волной, обходящей последовательно все резонаторы, то нет необходимости отбирать энергию от каждого из них. Для вывода ее в один из резонаторов вставляется петля индуктивной связи, переходящая во внешний фидер. Магнетрон представляет собой диод, поэтому единственным способом воздействия на амплитуду его колебаний могло бы быть изменение анодного напря. жения. Однако это неизбежно привело бы к изменению условий синхронизма, переходу с одного типа колебаний па Рис. 10.64. Платинотрон усилитель (ам»литроп) 10.12. ГЕНЕРАТОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ другие, а следовательно, к скачкам частоты, чего допустить нельзя, Поэтому магнетроны обычно используют в импульсном режиме, подавая на анод питающее напряжение в виде импульсов с возможно более плоеной вершиной.
Магнетроны работают в диапазонах дециметровых, но чаще сантиметровых и миллиметровых волн. Они способны развивать в импульсе (на сантиметровых волнах) мощности в десятки мегаватт при очень высоком КПД, достигающем 60 — 70«(«. Магнетрон может возбудиться и при взаимодействии с обратной волной, когда напряжение на аноде ниже, чем при колебаниях типа и. В последние годы разработан новый прибор класса М для усиления дециметровых и сантиметровых волн, основанный иа взаимодействии потока с обратной волной и названный п л а т ни о т р о н о м (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
