И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 101

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

Текст из файла (страница 101)

Действительно, положительная полуволиа сеточного напряжения, ускоряя электроны, летящие от катода, дает им дополнительную энергию, а во время отрицательного полупериода сеточного напряжения сетка отталкивает электроны, движущиеся к аноду, и они тоже получают дополнительную энергию. В результате электроны бомбардируют с большей силой анод, который дополнительно нагревается.

Кроме того, электроны, не пролетающие сквозь сетку, а поворачивающие обратно на катод, также отталкиваются сеткой во время отрицательного полупериода и получают еще некоторую энергию. Эти электроны бомбардируют катод и вызывают его дополнитечьный нагрев. Таким образом, источник колебаний в течение всего периода отдает энергию электронам, а они расходуют ее на бомбардировку анода и катода, Приведенное рассмотрение электронных процессов приближенно, но оно дает представление о происходящих явлениях. Точный анализ работы ламп СВЧ сложен и выходит за рамки книги.

Теория дает следующую формулу для результирующего наведенного тока сетки Х, при переменном сеточном напряжейии У,: 1, = ЙЯ)з~'.„Ум (24.5) где й — коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции и постоянных напряжений электродов; Б — крутизна лампы; Г.„ — время пролета электрона в промежутке катод— сетка.

Отсюда для входного сопротивления получается выражение и = У,Ч = 1фсЯ) з1яз.„). (24.6) Для данной лампы и данных питающих напряжений на электродах величины й, 5 и 1 „ постоянны, Заменяя их одним коэффициентом и переходя от частоты к длине волны, получаем Я =аХ~, (24.7) Расчет коэффициента а весьма сложен и неточен, Поэтому он определен для многих ламп экспериментально и тогда учитывает влияние на входное сопротивление не только инерции электронов, но и других явлений, вызывающих потери энергии. Для некоторых приемно-усилительных ламп, работающих при нормальных питающих напряжениях, коэффициент а составляет несколько сотен.

Если а = 400 Ом/мз и 1=50 см, то И =400 0,5з=100 Ом. Как видно, входное сопротивление получается весьма малым, и это может привести к недопустимому снижению усиления. Действительно, коэффициент усиления каскада с пентодом 5~~н где Я„ — сопротивление анодной нагрузки. Если в качестве нагрузки применяется резонансный контур, то параллельно к нему подключено входное сопротивление лампы следуюгцего каскада, и поэтому общее сопротявление нагрузки окажется меньше Ям. Для усилителя, работающего на волне длиной 50 см с лампами, имеющими 5 = 5 мА/В и 11 =100 Ом, можно считать, что Я„ж 100 Ом. Тогда К м 5 10 ' 100= = 0,5.

Следовательно, каскад вместо усиления дает ослабление. Приведенный расчет сопротивления Я,„ справедлив только для малых переменных напряжений. При больших амплитудах переменных напряжений (в генераторах и передатчиках) расчет значительно усложняется. Потери энергии в лампах на СВЧ вызываются и другими причинами. Вследствие поверхностного эффекта увеличивается активное сопротивление электродов и их выводов. По поверхности металлических проводников проходят значительные токи, вызывающие бесполезный нагрев.

Также увеличива- 319 ются потери во всех твердых диэлектриках, находящихся под воздействием переменного электрического поля, например в стекле баллона. Большие потери энергии в лампах ухудшают КПД усилителей и генераторов СВЧ, приводят к чрезмерному нагреву самих ламп и резко снижают добротность контуров, подключенных к лампам. Контуры в вид6 коаксиальных резонансных линий или объемных резонаторов имеют высокую добротность, доходящую до тысяч и десятков тысяч. Но когда эти контуры присоединяют к лампе, то их добротность резко падает (часто на порядок и ниже). Это явление аналогично уменьшению добротности обычного контура, когда он шунтирован сравнительно малым сопротивлением. 24.5.

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖИМ Электронные лампы передатчиков СВЧ во многих случаях работают в импульсном режиме. Например, почти все радиолокационные передатчики дают импульсы длительностью в единицы и десятки микросекунд, отделенные друг от друга промежутками времени гораздо большей продолжительности (рис.

24.9). При таком режиме работы средняя мощность лампы во много раз меньше мощности импульса. Пусть, например, длительность импульса т„= 10 мкс, его мощность Р„= 100 кВт, а частота следования импульсов /'= 200 Гц. Тогда период следования импульсов Т= 1/200 = = 0,005 с = 5000 мкс, т. е. в 500 раз больше длительности импульса. Поэтому средняя мощность лампы в 500 раз меньше мощности импульса: Ррр —— = 0,2 кВт. Рнс. 24.9. Форма СВЧ-колебаний прн работе лампы в импульсном режиме 320 Отношение периода следования импульсов к длительности импульса называют с«важностью: Д = Т/т„. (24.9) Следовательно, Рр = Рв/О = Р„тв/Т. (24.10) Иногда применяют величину, обратную скважности и называемую коэффиииентом заполнения. Лампы для импульсной работы имеют сравнительно малые размеры анода, так как потери на его нагрев определяются средней мощностью, Импульсы большой мощности получаются при подаче на сетку и анод весьма больших напряжений в течение короткого времени.

Анодное напряжение, например, достигает десятков киловольт. Во избежание пробоя необходимо обеспечить хорошее качество изоляции между электродами и их выводами, а также высокий вакуум. Катод лампы при импульсной работе должен обеспечивать очень высокую эмиссию. Для этого пригоден оксидный катод, эмиссия которого в импульсном режиме в десятки раз сильнее, чем в режиме непрерывной работы. В импульсном режиме удельная эмиссия оксидного катода достигает 70 А/смз и эффективность 10000 мА/Вт, в непрерывном— 0,5 А/смз и 100 мА/Вт соответственно.

Высокая удельная эмиссия в импульсном режиме объясняется вырыванием большого числа электронов из оксидного слоя под влиянием сильного внешнего электрического поля, которое проникает в этот слой, являющийся полупроводником. Такую эмиссию оксидный катод обеспечивает только при условии, что длительность импульсов не превышает 20 мкс и между ними имеются более продолжительные паузы. Если подцерживать высокую удельную эмиссию более длительное время, то наступает «отравление» оксндного катода, эмиссионный ток быстро падает и восстановление удельной эмиссии возможно только после «отдыха» катода.

Помимо оксидных катодов для импульсного режима успешно применяются новые типы катодов: бариево-вольфра- мовые (1 катоды), ториево-оксидные, металлокерамические — из смеси тория и молибденового порошка и др. У некоторых из них удельная эмиссия в импульсном режиме достигает 300 А/ем~. 24.6. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП ДЛЯ СВЧ а) 1 Рис. 24.!О. Триоды для СВЧ: а — метадлосгекляииый; о — «карандаши»Ый; в — сверхмиииа- тюриый мсталлокерамический 1 — вывод анода, 2 — вывод сетки; 3 — вывод катода н подогревателя; 4 — вывод подогревателя 32! ! ! И. и, жео опон Электронные лампы для СВЧ конструируются так, чтобы межэлектродные емкости и инлуктивности выводов и расстояния между электродами были малыми.

Принимаются также меры к уменьшению потерь энергии, в частности для баллона используется специальное стекло с малыми диэлектрическими потерями или рациокерамика. В генераторных лампах особое значение приобретает охлаждение анода и лампы в целом, так как из-за больших потерь энергии лампы сильно нагреваются. Лампы дециметрового диапазона, конечно, могут работать на более длинных волнах, но для сантиметровых волн большинство их непригодно. Некоторые из пальчиковых и миниатюрных бесцокольных ламп применяются для генерации и усиления на дециметровых волнах (на частотах в сотни-мегагерц). Для дециметровых и «длииных» сантиметровых волн сконструированы лампы с дисковыми и цилиндрическими выводами, имеющие в конце обозначения букву Д. Выводы электродов в виде цилиндров и дисков различного диаметра служат для соединения лампы с коаксиальными резонансными линиями или объемными резонаторами и являются частью той или иной колебательной системы.

Впервые лампы такого типа были разработаны в СССР группой инженеров под руководством Н. Д. Девяткова. Примером таких ламп может служить металлостеклянный триод (рис. 24.10,а). В нем один из выводов подогревателя сделан общим с кольцевым выводом катода. Такой триод работает в генераторах на частотах до 3600 МГц и дает полезную мощность не менее 0,1 Вт. Конструкцию, аналогичную изображенной, имеют некоторые диоды. Оригинальное устройство имеет «карандашный» триод (рис. 24.10,б), предназначенный для генерации колебаний мощностью до 5 Вт на частотах до 3000 МГц. Это металлическая лампа с цилиндрическими выводами анода и катода и дисковым выводом сетки.

Выпущены также и другие «карандашные» диоды и триоды. Значительный интерес представляет также сверхминиатюрный триод с цилиндрическими выводами (рис. 24.10,в). Он предназначен для усилительных каскадов по схеме с общей сеткой, служащих входными каскадами в приемниках СВЧ. Такая лампа относится к металлокерамическнм приемно-усилительным лампам, для которых в качестве последнего элемента обозначения принята буква К.

Характеристики

Список файлов книги