Стр.1-51 (1152177), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В случае непрямолинейного периодического электронного потока синхронизм может рассматриваться между незамедленной волной, бегущей по линии, и одной нз пространственных гармоник электронного потока. Применение незамедленных волн представляет особенный интерес в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн, где геометрические размеры замедляющих структур становятся весьма малыми. д. Обирщ блок-слепи элекгроннмл ееиервгоров и усилителей СВге Рассмотренные методы преобразования энергии постоянного тока в энергию сверхвысокочастотных колебаний позволяют понять принцип построения современных электронных приборов СВЧ.
На рис. 2.15 приведены общие блок-схемы генераторов и усилителей СВЧ, различающихся характером взаимодействия электронов с полем, Электронный поток, эмиттируемый катодом К, ускоряется с помощью ускоряющего электрода (анода) А и поступает в управляющее (группирующее) устройство.
Назначение управляющего устройства— модуляция конвекционного тока пучка, т, е. создание периодически следующих один за другим электронных сгустков'е. Эти сгустки, проходя в дальнейшем через выходной полый резонатор или замедляющую систему, наводят сверхвысокочастотный ток и отдают полю часть своей энергии. Отработанные электроны попадают на коллектор, где рассеивают в виде тепла оставшуюся у них кинетическую энергию. Управ- ' Свойства периодических замедляющих систем и пространственных гармоник рассмотрены в 111. '* Не слелует смешивать управляющее устройство, создающее электронные сгустки под действием СВЧ поля, с так называемым управляющим электродом, применяемым в некоторых типах приборов для формирования электронного потока с помощью постоянных полей, а также для импульсной нли другой низкочастотной модуляции.
4! ко ляющее и выходное устройства, а также коллектор в простейшем случае могут быть соединены по постоянному току с ускоряющими электродами. Если рассматриваемый прибор является усилителем, то управляющий сигнал подается от внешнего источника СВЧ колебаний. Лля самовозбуждения, т. е. для превращения усилителя в генератор (автогенератор), достаточно осуществить положительную обратную связь между выходным и управляющим Ввод ! дылод устройствами, как обозначено пунктиром на рис. 2.15.
В устройствах, показанных на рис. 2,!5, особенно ясно выступает роль электронов, как накопителей энергии и как «промежуточной инстанции» в преобразовании энер- 5 д а) гии постоянного тока от источни- 5 од ка УскоРЯющего напРЯжениЯ (/о в энергию СВЧ колебаний. Идеальным режимом преобразования является случай, когда скоростьэлектронов, пролетевших выходное устройство, стремится к нулю. о) Некоторые современные сверх- высокочастотные приборы, наприРис. 2лб.
пгннмнпиальиан схем' мер пролетные клистроны, непоусилительных и генераторных прибо. ров СВЧ, использующих кратковре- средственно воспроизводят своим менное (а) и длительное (б) взаимо- устройством схел1у, изображенную действие электронов с полем в вы- на рис. 2.15, а. Тем не менее, ходном устройстве: реальное устройство усилителей и — ене аторов СВЧ может внешне ство; Л вЂ выводн резонатор; 3 — нынад- Г '" ""'лзв щв" '"""":. ' """""щ значительно отличаться от описан- ной схемы. Так, управляющее устройство и ускоряющий электрод могут быть расположены в обратной последовательности (случай триодов и тетродов СВЧ). Функции коллектора и выходного устройства могут в ряде случаев выполняться одними и теми же электродами. Возможен и такой случай, когда функции всех устройств совмещены в одном и том же двухэлектродном промежутке.
Примерами подобных устройств являются магнетронный генератор, а также простейший диод, генерирующий СВЧ колебания (см. Э 2.?). Тем не менее, н в этом конструктивно самом простом случае можно рассматривать все основные описанные выше процессы— ускорение электронов, модуляцию потока по плотности и отбор энергии за счет взаимодействия электронных сгустков с тормозящим полем СВЧ. Может возникнуть вопрос, почему рассмотренные принципы не используются непосредственно в низкочастотных электронных приборах. С одной стороны, проблема рассеивания мощности на выходном устройстве при низких частотах не является столь острой, как в диапазоне СВЧ, поскольку нет принципиальных ограничений в размерах и конструкциях электродов. Ввиду этого нежелательно вводить вместо одного анода три электрода (две сетки и коллектор), что лишь усложняет конструкцию лампы.
С другой стороны, применением полых резонаторов и замедляющих систем привело бы на низких частотах к неоправданно большим и даже физически нереальным размерам подобных устройств. Эти соображения снова показывают специфический характер электровакуумных приборов сверхвысоких частот. $2.6. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТОКАМИ НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ а. Электростатическое управление Управляющее устройство„изображенное на рис. 2.!5, может в простейшем случае выполнять функции мгновенно действующего затвора или обтюратора, вырезывающего из равномерного электронного потока сгустки (пакетй), следующие с требуемой сверхвысокой частотой.
Идеальной формой конвекционного ! тока, создаваемого управляющим устройством, со- ! гласно $2.4, являются короткие прямоугольные импульсы (рис. 2.10, в). Электронный поток может иметь при этом вид тонких (в пределе бесконечно тонких) пластинок или дисков, двигающихся по направлению ), е ~1 к выходному устройству на одинакЪвых расстояниях один от другого. Для получения переменной составляющей конвекционного электронного тока на низких и умеренно высоких частотах обычно применяется метод влек- -,11!+ 1( тРОСтатиЧВСКОга УПРаВЛЕНиЯ С ПОМОЩЬЮ СЕТКИ, НаХО- Рис.
Зяб. Элекдящейся под отрицательным потенциалом по отноше- троствтическое нию к катоду (рис. 2.16). По существу все совре- управ менные приемно-усилительные и генераторные лам- потоком в трипы обычных типов используют этот метод управления электронным потоком. В зависимости от величины постоянного смещения на сетке Усе и амплитуды переменного напряжения Ус конвекционный электронный ток 1„поступающий в пространство сетка — анод, при низких частотах изменяется по времени, как показано на рис. 2.17. В режиме больших амплитуд (классе С) метод электростатического управления позволяет получать импульсы конвекционного тока в виде отсеченных снизу участков косинусоиды. Уменьшая угол отсечки 6 путем увеличения напряжения сеточного смещения с1„и повышения амплитуды управляющего напряжения У„можно получить весьма короткие сгустки электронов. Наиболее ценной н характерной особенностью электростатического управления при низких частотах в обычных схемах включения ламп яВляется практически нулевое потребление мощности от источника управляющего напряжения, если электроны не оседают на управляющей сетке.
Однако при сверхвысоких частотах, как показывает опыт, уп- 43 равление с помощью отрицательной сетки начинает требовать затраты конечной мощности, быстро возрастающей с ростом частоты. Это обстоятельство, наряду с другими нежелательными явлениями, затрудняет создание усилителей и генераторов СВЧ с электростатическим управлением для волн короче 3 — 5 см. Основным фактором, ухудшающим управляющее действие сетки, является значительный угол пролета электронов в пространстве между катодом и сеткой. Рассмотрим влияние угла пролета электронов в лампе на потребление мощности в пространстве между управляющей сеткой и катодом. Для простоты ограничимся рассмотреса нием триода, включенного по схеме с ,3 общим катодом*, в режиме малых амплитуд. Сделанные выводы могуг быть качественно использованы для объяснения режима работы других типов ламп с электростатическим управлением, в частности тетродов.
Обратимся снова к рис. 2.16 и рассмотрим плоский триод, сетка которого находится под отрицательным потенцию! о) алом по отношению к катоду. Кроме постоянного смещения (у,е, на сетку порно. 2.!7. Конвекционный ток дано малое управляющее переменное напри электРостатическом УпРав- пряжение (),. Влияние сопротивления ленни в режимах малых (о) н больших (б) амплитуд управ- в анодной цепи для простоты учитывать лнюшего напряжения .не будем.
Если проницаемость О триода очень мала, то его можно рассматривать как совокупность двух независимых плоских зазоров, имеющих один общий электрод (сетку) и пронизываемых одним и тем же потоком электронов, двигающихся от катода к аноду. К каждому из зазоров могут быть применены выводы, полученные выше при рассмотрении наведенных токов. Электронные сгустки, двигающиеся в пространстве катод — сетка, создают наведенный ток с комплексной амплитудой первой гармоники !ео протекающий в направлении, показанном на рис. 2.16. В результате движения электронов в пространстве сетка †ан в цепи сетки течет наведенный ток )еэ. Таким образом, полный сеточный ток в общем случае не равен нулю, а является векторной разностью токов 1е! и теа а 1 1 а) 1 "е .
Аналогичное соотношение для мгновенных значений наведенных токов рассматривалось выше в $2.3, г. ' Под общим электродом в усилительной лампе прннлто понимать тот электрод. к которому подключены как входная, так и выходная цепы (см. также 4 4.4). Если фазы и модули токов /„и /„ одинаковы, то суммарный сеточный ток равен нулю (при условии, что электроны не оседают на сетке). Однако за счет конечного времени пролета в зазоре катод — сетка максимум наведенного тока /„запаздывает относительно максимума управляюшего сеточного напряжения. Соответствующая векторная диаграмма изображена на рис.
2.18. Сдвиг по фазе р, между током /„и напряжением (/о однозначно связан с углом пролета Ове в пространстве катод — сетка, хотя и не равен ему в точности. В самом деле, если скорость электронов оставалась бы постоянной, то зазор катод †сет, согласно выводам 5 2.3, г, можно было заменить эквивалентным зазором нулевой протяженности, расположен- !а~ ным в середине реального зазора. При этом фазо- ~ат . вый сдвиг тока /„составлял бы половину реального угла пролета катод — сетка, равного О„,=чот„о.
Поэтому в общем случае можно полагать Око ) > гр, > О. /с Угол пролета электронов в пространстве сетка— анод О„обычно значительно меньше величины Ока ввиду того, что скорость электронов увеличивается под действием более высокого анодного напряжения. Тем не менее наведенный ток /„ отстает от тока 1„ на угол ~р„ которь|й может вообще превышать величину О,„. Это обстоятельство легко по- /и нять, если поедположить 8„= О. Тогда фаза то- Рис. 2,И.
Векторка /„по отношению к напряжению (/с должна от- ков наведенных иая диаграмма тоставать в точности на величину 0„,. С учетом угла во входной пепи пролета в пространстве сетка — анод дополнительное при электростати- ческом управлеиии отставание наведенного тока /„ должно иметь по- в с пщ РЯдок 0„/2. Следовательно, пРи Ос, ) 0 можно кматодом записать: гр, + гра > О„„т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
