Харкевич А.А. - Автоколебания (1107605), страница 27
Текст из файла (страница 27)
!48. Рнс. 149 рисунка. Полученный таким образом электронный поток с периодически меняющейся плотностью можно использовать для наведения тока во внешней цели, и мы приходим к схеме клистрона, показанной на рис. 149. К электро- -$ ,' ' ,1 1 1 1 ! 1 дам, уже упомянутым выше, добавляются две сетки, С, и С„образующие так называемый улавливатель.
Улавливатель располагает! 1 ся как раз там, где 1 ! ' Формируются электронные сгустки. Частота прохождения сгустков через улавливатель равна, как легко видеть из рис. 148 частоте напряжения на группирователе. К сеткам улавливателя присоединен контур, в котором наводится колебательный 144 9 26. эликтгониыв гвиваатогы свигхвысо«их частот ток. Электронный поток, прошедший улавливатель, отводится «анодом» А.
Потенциальная диаграмма изображена в нижней части рис. 149. Конструктивное осуществление принципиальной схемы рис. 149 показано на рис. 150. Группирователь и улавливатель выполнены каждый в форме пары параллельных перфорированных дисков, входящих в виде сосредоточенной емкости в состав объемных ре- 4 зонаторов — так называемых румбатронов. Эти резонаторы имеют тороидальную полость (на рис.
150 они показаны в разрезе). Пространство дрей- 1 фа 3 находится в трубе, соединяющей оба румбатрона. Коаксиальная линия 4 служит для вывода высокочаРнс. 150. стотных колебаний из клистрона. Оба румба. трона соединены петлей обратной связи б. Действие этой обратной связи состоит в том, что колебания, наведенные в улавливателе модулированным по плотности электронным потоком, у п р а в л я ю т самим процессом модуляции. Таким образом, изображенное на рис. 150 устройство представляет собою автоколебательную систему с параметрическим возбуждением. Параметром, как и в лампах с тормозящим полем, является напряженность электрического поля. Особое устройство имеет так называемый отражательный клистрон, предложенный в 1940 году В.
Ф. Коваленко 1аа1. В этом электронном приборе одна и та же пара сеток служит и в качестве группирователя, и в качестве улавливателя. Схема отражательного клистрона показана на рис. 151. Действие его состоит в том, что электрон, прошедший группирователь С, — С, и получивший в нем то или иное дополнительное ускорение, попадает в пространство Са — А, где действует поле обратного направления, так как анод А находится под отрицательным потенциалом по отношению к катоду и, тем $ 26.
эляктгонныв гянвнхтогы сввгхвысоких частот 145 более, по отношению к группирователю (см. потенциальную диаграмму на рис. 145). Соотношения подобраны так, что электроны, в том числе и наиболее быстрые, поворачивают обратно, не долетев до электрода А. Пространство С, — А является пространством группирования. Самый процесс груп- пирования происходит пример- но так же, как и в пролетном клистроне рис. 149, несмотря на возвратное движение электронов. Процесс группирования в отражательном клистроне поясняется рис. 152. Электронные сгустки проходят через С вЂ” С кото ые на этот аз 1 3 3 а а Р р играют роль улавливателя. В системе могут возбуждаться колебания; зта система также есть автоколебательная система с параметрическим возбуждением. Однако в отличие от пре- Ф ц ь Рис. 152. дыдущего случая обратная связь здесь не внешняя, а вну- тренняш она осуществляется через злектронный поток.
146 й 26. злвктгонныв гхнвгдтогы оввнхвысоких частот Для пояснения явлений в клистронах также часто прибегают к механической модели с тяжелыми шариками (см.~"], стр. 1 40). Процесс группирования можно иллюстрировать моделью, изображенной на рис. 153. Шарики скатываются Рнс. 153. по лотку У и попадают на качаюшуюся плошадку 2, периодически изменяющую свой наклон. По выходе с различной скоростью с площадки 2 шарики попадают на резиновую ленту 3, на которой происходит процесс группирования. Если теперь дать ленте 3 крутой наклон вверх, как показано на рис. 154, то мы получим модель отражательного клистрона.
Рнс. 154. Шарики будут ззворачивать обратно, и сгустки будут формировзться как раз перед попаданием шариков обратно на плошадку 2. Можно подвесить плошадку 2 на пружинах; образуется колебательная система, которая при соответствующей настройке будет раскачиваться периодически вбегающими на нее шариками. Модели, изображенные на рисунках 153 и 154 построены в соответствии с потенциальными диаграммами клистронов (рисунки 149 н 151). з 27. 3Аключение ф 27. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В заключение повторим в виде кратких определений и тезисов основные установленные нами положения.
Автоколебаниями называют колебания, не вызываемые внешней периодической силой — в этом их отличие от вынужденных колебаний. Автоколеба тельная система — устройство, способное генерировать колебания на основе преобразования постоянного движения в колебательное и характеризующееся наличием источника энергии, колебательной системы, клапана, пропускающего энергию от источника к колебательной системе периодическими порциями, и обратной связи со стороны колебательной системы, управляющей работой клапана. Устойчивый режим автоколебаний определяется э н е р г етическим балансом, т. е. равенством энергии, подводимой от источника к колебательной системе, и энергии, теряемой системой.
При этом можно различать два случая: если авто- колебания происходят с заданной частотой, то условие энергетического баланса определяет установившуюся амплитуду автоколебаний; если же автоколебания происходят с заданной амплитудой, то условие баланса определяет частоту авто- колебаний. В л ни ей ной системе устойчивые автоколебания вообще невозможны. Различают м я г к о е и ж е с т к о е с а м о в о з б у ж д е н и е. В первом случае система самостоятельно раскачивается из положения покоя. Во втором случае для возбуждения системы требуется конечной величины начальный толчок. л1ягкое и жесткое самовозбуждения связаны со свойством у с т о й ч и в о с т и; мягким самовозбуждением обладает система, динамически неустойчивая в положении покоя, жестким само- возбуждением — система, устойчивая в положении покоя.
Для того чтобы автоколебания были возможны, необходимо, чтобы в колебательную систему периодически вкладывалась энергия. Это ознзчает, что переменная сила, возникающая в результате действия обратной связи и клапана, должна совершать зз каждый пикл движения определенную работу. Но это невозможно, если сила есть однозначная функция положения сгютемы. Для того чтобы работа могла быть 148 $27. заключении совершена, необходима по меньшей мере д в у з н а ч н а я з ависимость силы от смещения. Требуемая двузначность может быть двоякого рода — статическая и динамическая.
Статической называется двузначность, которая обнаруживается в статических характеристиках зависимости силы от смещения, т. е. при сколь угодно медленных изменениях этих величин. Динамическая двузначность, наоборот, проявляется лишь в колебательном режиме и зависит от наличия в уравнениях системы членов с производными тех или иных порядков по времени. Как статическая, так и динамическая двузначность могут трактоваться в колебательном режиме с точки зрения ф а з н о г о сдвига между основными гармониками силы и смещения или силы и скорости. Работа совершается, если внешняя сила совпадает по фазе со скоростью или, что то же, если она опережает смещение по фазе на 90'. При синусоидальном движении высшие гармоники силы работы не совершают и могут не приниматься во внимание.
Для исследования энергетических соотношений полезно построение диаграмм работы, представляющих собою графики в координатах сила — перемещение (или напряжение — заряд). При установившемся пераодическом движении диаграмма работы представляет собою замкнутый контур. Площадь, охватываемая этим контуром, дает величину совершенной за цикл работы. Работа положительна или отрицательна (т. е. энергия вкладывается в систему или отбирается от нее) в зависимости от направления обхода диаграммы изображающей точкой. В раде случаев полезным оказывается понятие отрицательного сопротивления. Это понятие связано с фазовыми соотношениями.
В обыкновенном — положительном — сопротивлении напряжение и ток или сила и скорость совпадают по фазе, Такое сопротивление является потребителем энергии. Если же на каком-либо элементе системы обнаруживается, что напряжение и ток противоположны по фазе, то такой элемент может являться источником колебательной энергии и обозначается кзк отрицательное сопротивление. Если какой-либо элемент обладает падающей характеристикой зависимости напряжения от тока (илн силы ог скорости), то это значит, что его сопротивление, опреде- 9 27.
заключаниа 149 ляемое как отношение прирзщения напряжения к приращению тока, отрицательно. Падающая характеристика и отрицательное сопротивление — понятия, выражающие одно и то же свойство системы. Понятие отрицательного сопротивления имеет смысл только применительно к колебательным режимзм. Нелинейный элемент может обладать отрицательным сопротивлением переменному току, но обязательно представляет положительное сопротивление для постоянного тока. Падающая характеристика зависимости любых двух колебательных величин означает, что эти величины в п р от и в офаз е (если их изменения лежат в пределах падающего участка).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
