И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 106
Текст из файла (страница 106)
На рисунке показаны траектории двух электронов. Электрон А попадает в ускоряющее поле и отбирает энергию от резонатора, т.е. представляет собой «вредный» электрон, но он пролетает далеко от щели резонатора и возвращается на катод. Прн наличии одного постоянного поля этот электрон летел бы по траектории, показанной штрихами. Но поле резонатора ! усиливает искривление пути электрона и увеличивает его энергию: он преодолевает действие постоянного поля и возвращается на катод. «Вредные» электроны бомбардируют катод и увеличивают его нагрев.
С этим явлением в магнетронах приходится считаться. Для того чтобы не было перекала катода, во время работы магнетрона обычно уменьшают напряжение накала. Кроме того, поверхность катода необходимо делать более прочной, чтобы предотвратить ее разрушение ударами электронов. Более сложным оказывается путь «полезного» электрона Б, попавшего в тормозящее переменное поле резонатора 2. Такой электрон отдает часть своей энергии резонатору и уже не имеет энергии, достаточной для того, чтобы вернуться на катод. Он теряет полностью свою энергию в какой-то точке пространства взаимодействия, не долетев до катода, а затем снова ускоренно летит к аноду, и одновременно траектория его искривляется под действием магнитного поля.
Если в магнетроне правильно подобрано анодное напряжение и магнитная индукция, то время пролета «полезного» электрона от 'одной щели до другой составляет полпериода. Такой электрон, приблизившись к щели резонатора 3, опять окажется в тормозящем переменном поле, так как через полпериода у этого резонатора ускоряющее поле изменится на тормозящее. Следовательно, электрон снова отдаст часть энергии резонатору и проделает еще меньший путь по направлению к катоду. В конце концов, израсходовав значительную часть энергии, электрон попадает на анод.
Рассмотренная траектория «полезного» электрона, конечно, только приближенная. «Полезные» электроны отдают резонаторам больше энергии, чем отнимают ее от резонаторов «вредные» электроны. Действительно, «вредный» электрон отнимает энергию только у одного резонатора, причем этот электрон пролетает довольно далеко от щели, т.е. в слабом переменном поле.
Он отнимает небольшую энергию. А «полезный» электрон отдаст энергию двум резонаторам и пролетает ближе к их щелям, т.е. в более сильном переменном поле. Передаче энергии от электронов к резонаторам способствует модуляция электронного потока, напоминающая модуляцию в двухрезонаторном клистроне.
Каждый предыдущий резонатор в магнетроне служит модулятором для вращающегося электронного облака, а каждый следующий резонатор — уловителем. Однако процесс модуляции здесь сложнее, чем в клистроне. В двухрезонаторном клистроне электронный поток, движущийся поступательно, подвергается скоростной модуляции и разбивается на отдельные сгустки (группируется). Последний процесс совершается в пространстве дрейфа, где нет электрического и магнитного поля. В магнетроне вращающийся электронный поток также подвергается дей- 335 ствию переменного электрического поля данного резонатора и за счет этого осуществляется модуляция скорости электронов.
Но зто поле пе однородное, как в клистроне. Поэтому оно меняет не только скорость, но и траекторию движения электронов. Процесс усложняется тем, что происходит в радиальном постоянном электрическом поле, которое изменяет скорость электронов и совместно с постоянным магнитным полем влияет на их траекторию. В результате скоростной модуляции и изменения траекторий электронов вращающееся электронное «облачко» из кольцевого превращается в зубчатое: Оно напоминает колесо со спицами, но без обода (рис.
25.13). Число электронных «спнц» равно половине числа резонаторов. Конечно, резких переходов от этих «спиц» к промежуткам между ними нет. «Спица» представляет собой сгущение электронного потока в результате скоростной модуляции и из-за различных траекторий «полезных» и «вредных» электронов. А между сгущениями имеются более разреженные области. Электронное «облачко» при правильном режиме магнетрона вращается с такой скоростью, что «спицы» проходят мимо щелей в тот момент, когда там существует тормозящее поле.
Промежутки между «спицами», наоборот, проходят через ускоряющие поля. В итоге происходит отдача электронным «облачком» энергии резонаторам и потеря энергии на разогрев катода и анода от электронной бомбардировки. Вся эта энергия потребляется от анодного источника. Рис. 25.13. Вращающееся электронное «облачко» в мвгиетропе при колебаниях в резонаторах 33б Существует следующая зависимость между числом резонаторов )з), магнитной индукцней В и частотой генерируемых колебаний 7': ЖВ= а/, (25.2) где а — коэффициент, зависящий от конструкции. А магнитная индукции связана с анодным напряжением формулой (25.3) где Ь вЂ” постоянная величина. Из формул видно, что для более высоких частот нужно иметь больше резонаторов или увеличивать магнитную индукцию н анодное напряжение. Обычно магнитная индукция составляет от 0,1 до 0,5 Тл. Для импульсной работы в дециметровом диапазоне магнетроны строят на мощность в десятки тысяч киловатт, а в сантиметровом — в тысячи киловатт.
В самых мощных магнетронах анодное напряжение в импульсе достигает десятков киловольт, а анодный ток — сотен ампер. Магнетроны для непрерывного режима имеют мощность в десятки киловатт на дециметровых волнах и в единицы киловатт — на сантиметровых. В мощных магнетронах применяется принудительное воздушное или водяное охлаждение; КПД мощных магнетронов может быть 70% и даже выше при работе в дециметровом диапазоне, в сантиметровом диапазоне 30 — 60%. Помимо магнетронов на фиксированную частоту делают настраиваемые магнетроны, в которых изменяется собственная частота резонаторов. С этой целью для получения более коротких волн вводят в резонаторы медные цилиндры, которые уменьшают индуктивность, а для получения более длинных волн — металлические пластинки, увеличивающие емкость.
Такие методы дают изменение частоты не более чем на 10 — 15%. Выполнение подобных устройств представляет известные трудности, так как находятся эти устройства в вакууме, а управляться должны извне. Электронная перестройка частоты магнетрона основана на том, что зта частота зависит от анодного тока. Изменение анодного тока на 1 А может дать изменение частоты до нескольких десятков мегагерц.
Но в обычных магнетронах такая электронная настройка не получила широкого применения. Однако существует особый тип магнетронов — магнетроны, настраиваемые напрллеением (митровы), в которых, изменяя анодное напряжение и соответственно анодный ток, можно получить даже двукратное изменение частоты. Конструкция их несколько отличается от конструкции обычных магнетронов. Особенность этих магнетронов в том, что анодный ток у них ограничен за счет ослабления эмиссии катода (недокала катода) и имеется внешний резонатор с низкой добротностью, т.е.
с широкой полосой частот. В непрерывном режиме работы при изменении частоты в два раза эти магнетроны дают выходную мощность в единицы ватт. А при меньших изменениях частоты (5 — 20;в) они могут давать мощность в десятки ватт. Обычные магнетроны не обладают достаточно высокой стабильностью частоты и фазы. Значительно более стабильные колебания л-вида могут быть получены в так называемых коаксиальиых магнетронах (рис. 25.14). В таких магнетронах снаружи анодного блока расположен объемный резонатор высокой добротности. Этот внешний резонатор имеет собственную частоту, равную частоте колебаний л-вида магнетрона, и связан с резонаторами анода посредством щелей, которые сделаны не в каждом резонаторе, а через один.
В этом случае во всех резонаторах, связанных с внешним, получаются колебания с одинаковой фазой, а в соседних резонаторах колебания будут противофазными. Для наиболее коротких сантиметровых волн удобен обращенный коаксиалъиый магнетрои, у которого катод и анод переставлены местами. Катод выполнен в виде наружного цилиндра, и с его внутренней поверхности эмитируются электроны. Анод с резонаторами расположен внутри катода. А внутри анода находится высокодобротный объемный резонатор, служащий для стабилизации колебаний и связанный щелями с резонаторами анодного блока.
К новым типам магнетронных приборов относится ииготрон, который предложил академик П. Л. Капица. Ниготрон представляет собой цилиндрический объемный резонатор, вдоль оси которого действует постоянное магнитное поле. Внутри этого резонатора расположены коаксиально катод и анод, причем каждый из них сделан в виде системы сегментов.
Высокая добротность основного резонатора обеспечивает необходимую стабильность частоты колебаний. На дециметровых волнах при непрерывном режиме работы ниготрон может давать выходную мощность 100 кВт и даже более при КПД до 50 м 25.5. ЛАМПЫ БКГУЩЕЙ И ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ Рне. 25.14. Принцип устройства коакеиаль- ного магпетрона Недостатки, свойственные усилительному клистрону (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
