Стр.1-51 (1152177), страница 12
Текст из файла (страница 12)
механизма. щм а щмалс Рассмотрим случай, когда внешний колебательный контур связан только с анодом и сеткой три- Рис. 2.20, Распределение ода. Такое включение может иметь место, например, постоянного потенциала в случае, когда выводы анода и сетки образуют ре- в плоском триоде с позонатор, замкнутый на конце емкостным мостиком, ложительной сеткой в для объяснения механизма генерирования ко. отсутствие пространстлебаний используем следующий прием, находящий венного заряда широкое применение при анализе работы самых разнообразных приборов СВЧ.
Допустим, что колебания в схеме уже возникли, и рассмотрим качественно баланс энергии электронов и высокочастотного поля Если действие переменногоэлектрического поля приводит к тому, что электроны в среднем за период приобретают от поля меньше энергии, чем отдают ее полю, то амплитуда колебаний должна увеличиваться, и, следовательно, должно иметь место самовозбуждение. Напротив, при балансе энергии, приводящем в среднем к переходу энергии от внешнего контура к электронному потоку, колебания, даже если онн по каким-либо причинам возникли, должны затухать Следовательно, при подобных условиях системз, состоящая из колебательного контура и электронного потока, ие может обеспечить самовозбуждення колебаний. С физнчш ской точки зрения подобная трактовка вполне правомерна, так как первоначаль.
ные колебания во всякой системе существуют за счет тепловых флуктуаций н дро. Не следует смешивать постоянное тормозящее поле, существующее в пространстве сетка — анод данного генератора, и тормозящее высокочастот. ное поле, взаимодействующее с электронами и обеспечивающее переход энергии во внешнюю цепь в этом н любом электронйом генераторе н усилителе СВЧ (см. й 2 4). бового эффекта, а также возникают при первом включении системы эа счет неизбежных переходных процессов. Итак, допустим, что в аиодно-сеточной цепи возниклн колебания, определяемые уравнениями (2.42) и (2.43).
Рассмотрим, как изменяется движение электронов при наличии переменной составляющей напряжения сетка — анод исз. На рнс. 2,21, б построены пространственно-временные диаграммы для двух типичных электронов, вылетевших из катода в различные моменты времени. Электрон типа 1 входит в пространство сетка — анод в момент перехода высокочастотного поля с тормозящего на ускоряющее и двигается к аноду в те. ченне ускоряющего полупериода, поглощая энергию высокочастотных колебаний. В результате амплитуда качания электрона возрастает и он, преодолевая по. стоянное тормозящее поле, приближается к аноду. Если амплитуда высокочас- Я8пмзнле злеюпрз- зьязн Усхзряю узрмзлгл( 9 Рис. 2.2!. Пространственно-временнйе диаграммы движения электронов в триоде с положительной сеткой при отсутствии (а) и при наличии (б) СВЧ колебаний в цепи сетка — анод тотного напряжения достаточно велика и если постоянный отрицательный потен.
цнал анода невелик, то электрон достигает анода. Дальнейшее движение электрона после удара об анод прекращается. Таким образом, электрон типа 1, поглощающий энергию от внешней цепи и являющийся наиболее анеблагоприятнымз с точки зрения возбуждения колебаний, может двигаться в пространстве сетка — анод только в течение половины периода высокочастотных колебаний. Этот электрон устраняется нз общего «танца» и попадает на анод триода. В анодной цепи триода появляется постоянный ток несмотря на то, что анод имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду. Перейдем к рассмотрению движения электрона типа 2, начинающего свое движение в пространстве сетка — анод на полпериода позднее или на полпериода аньше, когда высокочастотное поле становится тормозящим (рис.
2.21, б). лектрон 2, непрерывно теряя энерггпо за счет действия тормозящего высокочастотного поля, не может достигнуть не только анода, но н поверхности с координатой хмз„с (поверхности поворота электронов в отсутствие колебаний), Этот электрон возвращается к сетке и снова отдает энергию поля, поскольку при т = Т оно изменило знак одновременнос изменением направления движения электрона Процесс передачи энергии от электрона типа 2 продолжается, таким образом, в течение двух полупериодов высокочастотного поля, после чего он попадает на сетку нлн проходит в пространство сетка — катод.
Достичь катода элеи. трои типа 2 не может н должен снова начать двигаться по направлению к сетке. Прн соответствующем подборе времени пролета в пространстве катод — сетка электрон типа 2 ьюжет вторично попасть з тормозящее высокочастотное поле в зазоре сетка — анод, где снова будет происходить отбор энергии, и т. д. С точки зрения поддержания колебаний во внешней цепи электрон типа 2 является наиболее зблагоприятнымж 50 Проведенное рассуждение показывает, что «благоприятные» («правильнофазные») электроны присутствуют в высокочастотном электрическом поле в течение значительно более длительного времени, чем «неблагоприятные» («неправильнофазные») электроны.
«Неблагоприятные» электроны автоматически отсортировываются на аноде, в результате чего в пространстве сетка —. анод устанавливается упорядоченное движение электронов. От анода к сетке периодически возвращаются сгустки «благоприятных» электронов, двигающихся в тормозящем высокочастотном поле. Общий баланс энергии неизбежно приводит к увеличению энергии колебаний, что указывает на склонность трнода с положительной сеткой к самовозбуждению. Описанный механизм упорядочения движения электронов получил назар.
ние онодной сортировки или анодней селекции. Этот механизм дает ответ нй вопрос о существовании динамического управления электронным потоком и модуляции по. тока по плотности в генераторах тормозярезоелиаельивй щего поля. Д(еслромат-ь ! 6рзссель Анализ механизма возбуждения колебаний позволяет сделать некоторые выводы и 1 а йз о роли внешней колебательной цепи. Нельзя злерг рассматривать движение электронов изолиро. ванно от контура, так как механизм сортировки может функционировать лишь при наличии переменного напряжения на электродах лам- К пы. Это напряжение создается в результате протекания наведенного тока через контур, включенный между электродами. Таким образом, сортировка электронов и самовозбуж- ) ° ) ° + ) ° ) ° ) ° + дение возможны лишь при условии включения колебательного контура сдостаточно ма ° е г лой активной проводимостью.
Неслютря на то, Рис. 2.22. Схема генератора что в уравнении (2.43) параметры контура не тормозящего пола фигурируют в явыоль виде, тесная «увязка «контура» и «электроники» является необходимым условием для генерации коле. баний в схеме торльозящего поля. На рис. 2.22 показана схема генератора, использующего тороидальный резонатор, вкльоченный между сеткой и анодом лампы.
Эта схема имеет большое сходство со схемой отражательного клистрона, расс»«атриваемого в гл. 5. Подобные генераторы позволяют получать в святил«агроном диапазоне волн мощность порядна долей ватта прн к. п. д. до 5 — 7%. Генераторы тормозящего поля сыграли большую роль в развитии озновных физических представлений электроники СВЧ. В свое время зти лампы являлись одним из наиболее распространенных и доступных генераторов дециметровых и сантиметровых волн. С помощью ламп подобного типа удавалось получать даже колебания миллиметрового диапазона.
В ходе исследований ламп тормозящего поля были впервые открыты магнетронные колебания. Наконец, созданиеотражательных клистронов теснейшим образом связано со схемой тормозящего поля. В настоящее время в связи р широким применением отражательных клистронов и других типов маломощных СВЧ генераторов интерес к генераторам тормозящего поля значительно ослабел.
Не иснлючено, однако, что в будущем этот тип ламп получит более широное распространение в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн д ии й 2.7. ПРОВОДИМОСТЬ ЗАЗОРА, ПРОНИЗЫВАЕМОГО ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ. МОНОТРОН И ДИОД, ГЕНЕРИРУЮЩИИ КОЛЕБАНИЯ Работа многих генераторных и усилительных приборов СВЧ связана с прохождением электронного потока через зазор, на который извне наложено переменное напряжение. Рассмотрим случай, когда в плоский двухсеточный зазор поступает электронный поток; формиру- 5! .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
