Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 89
Текст из файла (страница 89)
При этом энергия, потребляемая от источника питания, затрачивается на ускорение электронов электронной пушкой, а затем при торможении электронов в замедляющей системе зта энергия отдается бегущей волне электромагнитного поля. КПД ЛБВ без принятия специальных мер не превышает 20 %. Существует несколько способов повышения КПД. Наиболее простым является применение спирали с переменным шагом, что обеспечивает постепенное снижение фаэовой скорости бегущей электромагнитной волны, зто позволяет выдержать условие о > оф на большей длине спирали. Дело в том, что по мере продвижения вдоль оси системы скорость электронов о снижается, скорости электронов и волны выравниваются, электроны начинают переходить из тормозящего полупериода бегущей волны в ускоряющий и отбор энергии от электронов прекращается. Если же фазовая скорость волны вдоль системы снижается, то возрастает длительность взаимодействия сгустков электронов с электрическим полем, что и обусловливает повышение КПД.
Второй способ повышения КПД основан на отборе энергии от сгустка непосредственно перед его попаданием на коллектор. С этой целью напряжение на коллекторе снижают по сравнению с ускоряющим напряжением. Благодаря этому между замедляющей системой и коллектором создается электростатическое тормозящее поле, попадая в которое, электроны замедляются, отдавая часть своей энергии источнику коллекторного напряжения, и лишь оставшаяся часть энергии выделяется в виде теплоты при ударе о коллектор. Применение этих мер позволяет повысить КПД ЛБВ до 50 Ж. ЛБВ нашли широкое применение в радиолокационных системах, системах космической и тропосферной связи, работающих на частотах, измеряемых десятками гигагерц с полезной мощностью до сотен киловатт.
Многие ЛБВ способны отдавать в импульсе мощность более 10 МВт. Принцип работы ЛБВ послужил основой для разработки лами обратной волны (ЛОВ), особенностью которых является то, что направление движения электронов противоположно движению волны в замедляющей системе. Ввод сигнала в ЛОВ осуществляется у коллекторного конца замедляющей системы, а вывод— около катода. Усиление в такой лампе получается лишь в узкой полосе частоты, причем положение этой полосы в диапазоне частот зависит от ускоряющего постоянного напряжения. Значительно чаще ЛОВ применяют для генерирования колебаний СВЧ.
Такие генераторы применяют в качестве гетеродинов радиолокационных и связных радиоприемников, в задающих генераторах передатчиков РЛС с быстрой перестройкой частоты и широкополосных ЧМ-системах передачи данных. В настоящее время ЛОВ в диапазоне частот до 10-12 ГГц заменяются полупроводниковыми генераторами СВЧ, а разработка новых ЛОВ ведется только для субмиллиметрового диапазона.
4та Глава 10. Вакуумная электроника 10.11. Электронно-лучевые приборы Электронно-лучевыми приборами (ЭЛП) назьвают электровакуумные приборы, в которых используется поток электронов, сфокусированный в узкий электронный луч. По назначению ЭЛП делят на четыре основные группы: 1г приборы, преобразующие электрический сигнал в видимое изображение (осциллографические трубки, кинескопы, трубки дисплеев, выводящие информацию из ЭВМ, трубки индикаторных устройств); ь1 приборы, преобразующие оптические изображения в электрический сигнал (передающие телевизионные трубки); 0 приборы для записи, считывания и хранения электрических сигналов (запо- минающие трубки); а приборы, преобразующие невидимые изображения в видимые (электронные микроскопы). Электронно-лучевые приборы, имеющие форму трубки, вытянутой в направлении луча, называются электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ).
Трубка представляет собой стеклянный баллон специальной формы, в котором создан высокий вакуум и расположены электроды, формирующие электронный луч и управляющие этим лучом. Формирование и управление лучом осуществляется посредством электрических или магнитных полей. В трубках с электростатическим фокусированием и отклонением луча (рис. 10.21, а) внутри баллона расположены электронная пушка 1 и отклоняющие пластины 2, направляющие луч в нужную точку экрана 3. Экран бомбардируется потоком электронов, что вызывает его свечение.
Выбиваемые иэ экрана вторичные электроны перемещаются на графитовое покрытие 4, называемое аквадагом. Это покрытие соединено с электронной пушкой. В трубках с магнитной фокусировкой и отклонением луча (рис. 10.21, б) внутри баллона также имеется электронная пушка. Фокусировка луча осуществляется фокусирующей катушкой, а отклонение луча — двумя отклоняющими катушками, расположенными на горловине трубки. ФК б Рне. 10.21 Электростатическая фокусировка луча Электросгпатическал фокусировка луча осуществляется электронной пушкой, состоящей из ряда никелевых цилиндров, расположенных соосно (рис. 10,22). 479 10.11.
Электронно-лучевые лрибо ы Рис. 10.22 Катод К представляет собой цилиндр, на торцевую поверхность которого нанесен оксидный слой, являющийся источником электронов при нагреве цилиндра за счет протекания тока по вольфрамовой нити подогревателя П. Модулятор М представляет собой цилиндр, дно которого имеет отверстие, через которое проходят электроны. Модулятор выполняет функции, аналогичные функции управляющей сетки в электронной лампе.
На него подается отрицательное напряжение относительно катода, изменяя которое, можно изменять высоту потенциального барьера вблизи поверхности катода и тем самым управлять силой тока луча. Первый анод А, и второй анод А, представляют собой цилиндры с перегородками, имеющими отверстия. На первый анод относительно катода подается положительное напряжение Уо, на второй анод — напряжение У, > У,е Структура, содержащая катод, модулятор и два анода, аналогична структуре тетрода. Поэтому такую пушку называют теглродяой. В этой структуре из-за различия потенциалов электродов возникают неоднородные электрические поля между модулятором и первым анодом, а также между первым и вторым анодами. На рис. 10.22 пунктиром показаны эквипотенциальные линии этих полей.
Неоднородные электрические поля называют электронными линзами. Таким образом, электронная пушка представляет собой электронно-оптическую систему, состоящую из электростатических линз Л, и Лз преломляю1цих траектории движения электронов подобно тому, как оптические линзы преломляют световой поток. Электроны, покинувшие катод с разных точек его поверхности, влетают в поле первой линзы под разными углами. На участке левее сечения а на электроны действуют силы, прижимающне их к оси пушки. Чем дальше расположена точка, из которой вышел электрон, от центра катода, тем больше сила, прижимающая этот электрон к оси пушки. На участке правее сечения а на электроны действуют силы, отталкивающие их от оси пушки.
Может показаться, что эти воздействия компенсируют друг друга, но это не так. Преломляющее воздействие собирающей части линзы преобладает над воздействием рассеивающей части линзы, так как электроны пролетают через линзу с возрастающей скоростью, поэтому в фокусирующей части линзы они находятся большее время, чем в расфокусирующей. В результате электроны покидают поле первый линзы со скоростями, направленными к оси пушки, и пересекают ее в точке ге йво Глава 10.
Вакуумная электроника Пройдя точку Рн электроны влетают в поле второй линзы в виде расходящегося пучка. На участке левее сечения Ь на них действуют силы, прижимающие электроны к оси пушки, а на участке правее сечения Ь вЂ” отталкивающие. При этом из-за того, что электроны движутся с возрастающей скоростью, фокусирующее действие линзы Л2 преобладает над расфокусирующим, и пучок электронов фокусируется в точке Рэ которая располагается на экране трубки. Изменением напряжения на первом аноде, которое составляет сотни вольт, можно изменять положение точек Р, и Еэ Поэтому первый анод называется фокусирующим.
На второй анод относительно катода подается постоянный высокий потенциал порядка нескольких киловольт, благодаря чему на участке от катода до второго анода существует ускоряющее поле, направленное вдоль оси трубки. Поэтому второй анод называют ускоряющим. На электроды пушки подаются напряжения от одного источника Е„„. Величина этих напряжений устанавливается с помощью делителя напряжения. Такой способ обладает существенным недостатком. Если менять У,ь то изменяется высота потенциального барьера около катода,а следовательно,ток луча.
Если менять У„, то изменяется положение точки Рн а следояательно, положение точки Е,. Чтобы избавиться от этого недостатка, в ЭЛП вводят ускоряющий электрод УЭ, располагая его между модулятором и первым анодом и соединяя со вторым анодом (рис. 10.23). Рис. 10.23 УЭ экранирует катод от первого анода, ослабляя его действие на потенциальный барьер у катода. Такая пушка называется пентодпой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
