Стр.1-51 (1152177), страница 11
Текст из файла (страница 11)
е. р, > Ок, — гр,. Под О„и 8кс подразумеваются углы пролета, определяемые по уравнениям типа (2.28), т. е. при малой амплитуде переменных составляющих анодного и сеточного напряжений. Как видно на рис. 2.18, результирующий ток 1„наведенный во входной цепи, отличен от нуля и при не очень больших чр, и срв опережает и напряжение //о на угол ср = — — <р. Следовательно, несмотря на то, что электроны не попадают на сетку, в цепи сетки протекает ток с составляющей /,', синфазной с напряжением //,.
Тем самым качественно доказано, что при конечных углах пролета входная цепь в случае электростатического управления требует активной мощности от источника управляющего напряжения. Кроме активной составляющей тока 1,', сеточный наведенный ток имеет емкостную реактивную составляющую 1о", обычно значительно превышаюшую 1,'. Эффект протекания в сеточной цепи наведенного тока е',', синфазного с управляющим напряжением ()„можно представить как появление активной составляющей входной проводимости сетка — катод, ран!вв ной 0 = —.. Анализ показывает, что при указанных выше допущевх е ниях и при не очень больших углах пролета Онв величина О,„описывается приближенным уравнением (2.41) бвх = ЬЧйкс где 3 — статическая крутизна триода и к — некоторый числовой коэффициент.
Таким образом, при электростатическом управлении входная активная проводимость, обусловленная инерцией электронов, в случае схемы с общим катодом изменяется в первом приближении пропорционально квадрату угла пролета катод — сетка. Следовательно, при фиксированных прочих параметрах она растет пропорционально квадрату частоты. Этот вывод подтверждается экспериментальными данными. Реактивная входная проводимость, обусловленная инерцией электронов, играет менее существенную роль и'здесь рассматриваться не будет.
Рост потерь во входной цепи усилителя с общим катодом при повышении частоты ограничивает применение электростатического управления в лампах СВЧ. Так, например, при Овв — 50' входная активная проводимость в типовых приемно-усилительных и генераторных лампах доходит примерно до 10 — х ом †' и быстро растет с повышением частоты. В случае генераторов это явление требует передачи все большей части мощности из выходной цепи в сеточную цепь для обеспечения необходимой положительной обратной связи.
Наконец, достигается частота, при которой мощность, потребляемая в сеточной цепи, равна всей мощности, генерируемой лампой. Передача энергии во внешнюю нагрузку становится невозможной, генератор перестает функционировать. Может показаться неясным, где рассеивается мощность, потребля. емая на входе лампы, поскольку бомбардировки сетки электронами не происходит. В действительности, указанные эффекты обусловливают в среднем увеличение кинетической энергии электронов, проходящих по направлению к аноду. Энергия «перекачивается» и рассеивается в виде тепла на аноде лампы (или на коллекторе). б.
Динамическое управление В обычных лампах с электростатическим управлением время пролета электронов всегда является отрицательным фактором. Недостатки электростатического управления побудили поиски других систем, в которых время пролета не играло бы отрицательной роли, а по возможности использовалось для модуляции электронного потока по плотности. Такой механизм, полезно использующий конечное время пролета электронов, принято называть динамическим управлением. 46 Слабым местом управления с помощью обычной сетки на СВЧ является то, что последняя непосредственно создает модуляцию конвекционного тока. Как было показано выше, это неизбежно приводит в каждый момент времени к неодинаковой плотности заряда по обе стороны сетки и как результат к наведению тока, имеющего активную составляющую.
Поэтому для кардинального решения задачи необходимо полностью отказаться от принципа управления током путем прямого изменения плотности заряда. В конечном счете от управляющего устройства требуется, чтобы в некоторой плоскости, соответствующей выходному устройству лама пы, конвекционный электронный ток изменялся по закону З гноав = )О + г (г) ~яма где ((г) — периодическая функция времени и Уе — постоянная составляющая конвекционного тока. Отметим, что переменная составляющая конвекционного тока г(г) не обязательно должна создаваться в са- г г е вам мом управляющем устройстве. Следовательно, наиболее целесообразно РНС. 2ЛЭ.
ПРОСтраиетВЕННО-ВРЕ- менная диаграмма группнровання применять такое воздействие на элек- электронов, выходящих на управ- тронный поток, чтобы электроны,дви- ляющего устройства в разные могаясь в пространстве между управ- менты вРемени, но одновременно лающим и выходным устройствами, пес'упающнх в ~ы~одное устрой- ство постепенно группировались, образуя сгустки как раз при входе в выходное устройство. При этом плотность заряда' на выходе из управляю.
щего устройства могла бы не изменяться, что особенно важно для устранения активной входной проводимости. На рис. 2.19 построена гипотетическая пространственно-временная диаграмма движения электронов, выходящих нз управляющего устройства через равные интервалы времени в моменты г'„г'„га и т. д. Для того, чтобы эти электроны образовали сгусток и одновременно попали в выходное устройство, необходимо, чтобы графики движения рассматриваемых электронов пересекались в точке с координатами (х,„„(,„а). Но пересечение графиков движения возможно лишь при ох Различной величине производных —, т.
е. при различных скоростях рассматриваемых электронов. Проведенное элементарное рассуждение содержит в себе важнейший вывод о возможности динамического управления электронным потоком путем предварительного периодического изменения скоростей электРонов с последующим преобразованием этого изменения в вшдуляцию конвекционного тока. Такое периодическое изменение скорости электРонов, производимое в специальном управляющем устройстве, получило название модуляции электроннаао потока по скорости или, сокращенно, скоростной модуляции.
4у В случае динамического управления, рассмотренного иа рис. 2.19, полезно используется время пролета электронов в пространстве между управляющим и выходным устройствами, Скоростная модуляция электронных потоков лежит в основе большого класса электронных приборов СВЧ вЂ” отражательных и пролсптных (прямопролетиых) клисттронов.
Принципы этого механизма управления электронными потоками рассматриваются ниже в 2 2.8 и в гл. 5. Группирование электронов при динамическом управлении не обязательно должно производиться с помощью управляющего устройства, существующего отдельно и независимо от других устройств электронного прибора. Уже на ранних этапах развития электроники СВЧ были обнаружены системы, в которых имеется неявный («внутренний») автоматически действующий механизм динамического управления.
Время пролета электронов в этих системах также играет полезную роль и, в частности, в значительной мере определяет частоту генерируемых колебаний. Примерами приборов с «внутренним» механизмом динамического управления являются триод с положительной сеткой (генератор тормозящего поля) и монотрон, рассматриваемые ниже, а также некоторые другие генераторные приборы СВЧ. Динамическое управление электронными потоками в широком смысле слова лежит в основе подавляющего большинства современных электровакуумных приборов сверхвысоких частот.
й 26. КОЛЕБАНИЯ В ТРИОДАХ С ПОЛОЖИТЕЛЬНОИ СЕТКОЙ. ГЕНЕРАТОР ТОРМОЗЯЩЕГО ПОЛЯ Рассмотрим триод, на сетку которого по отношению к катоду подан не отрицательный, а высокий постоянный положительный потенциал (/е (десятки или сотни вольт). На анод триода подан нулевой нли небольшой отрицательный потенциал (/ по отношению к катоду.
Электроны, выходящие из катода при такой необычной схеме включения, ускоряются сеткой и попадают в постоянное тормозящее поле в пространстве сетка — анод. Не долетая до анода, электроны возвращаются обратно и, снова ускоряясь сеткой, совершают многократные ко. лебания в «потенциальной яме», показанной на рис.
2.20, пока не перехватываются сеткой. Соответствующая пространственно-временная диаграмма движения электронов при отсутствии СВЧ колебаний изображена на рис 2.2), а Пользуясь представлениями о наведенных токах, можно заключить, что электроны наводят ток на электродах лампы, изменяющийся с частотой качаний. Период колебаний Т тока в цепи сетка — анод оказывается равным времени пролета электронов т от сетки до «поверхности поворота» и обратно к сетке, т.
е, «=Т. (2.42) Время пролета электронов т при (/а-~опропорционально !/Р/йе Поэтому период наведенных колебаний также должен зависеть от постоянного потенцнад ла сетки в виде Т,—, где й — некоторая константа. Отсюда, используя )~ й связь длины волны генерируемых колебаний Х с периодом Т, можно получить соотношение' Хз(/е сопя!. (2.43) ° Под д здесь и в дальнейшем подразумевается длина волны в свободном пространстве, определяемая соотношением Х - «Т, где с — скорость света, равная приблизительно 3 !Оз л/сек.
Опыт подтверждает справедливость этого интересного соотношения. Триоды с положительной сеткой могуг генерировать колебания дециметрового и сантиметрового диапазонов; алина волны генерируемых колебаний при низкой нагруженной добротности колебательной системы почти не зависит от параметров внешней цепи и определяется уравнением типа (2.43). Такой источник СВЧ колебаний получил название генератора тормозящего полл". Таким образом, даже из элементарных рассуждений можно построить рабочую гипотезу, качественно объясняющую возникновение колебаний во внешней цепи рассматриваемого триода. Однако для полного объяснения колебаний во внешней цепи гипотезы лэлектронных качаний» внутри лампы недостаточно. Дей. ствительно, следует учесть равномерность эмиссии из катода, в результате чего в каждый момент времени число электронов, двигающихся от сетки к я аноду, равно числу электронов, двигающихся в противоположном направлении.
При этих условиях токи, наведенные во внешней цепи различными ' хл электронами, должны в любой момент времени пол- ь х пастью компенсироваться 1 Упорядоченные колебания во внешней цепи мо. 3 тут существовать только при упорядоченном движении электронов, или, иначе говоря, при условии модуляции электронного потока по плотности. В этом отношении механизм передачи энергии от электронов во внешнюю цепь в схеме тормозящего 12 поля должен быть принципиально таким же, как ! в общей схеме, изображенной на рис.
2.15. По- ! скальпу внешнего, явно выраженного механизма управления электронным потоком в схеме тормозя. --' — - -1 1цего поля не существует, следует рассмотреть внут- 1 ! ренине факторы, которые могли бы создать модуля- Щ 3 цию электронного потока по плотности. Сам по себе факт генерированин колебаний в триодах с по- щ ложительной сеткой позволяет постулировать существованйе подобного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
