Стр.1-51 (1152177), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В фиксированной плоскости, через которую проходит электронный поток, конвекционный Вхавад ток определяется выражением Рис. 2.6. Коротко- (иона =РЗоа =то+)~з!позу, (2 66) замкнутый плоский зазор, проиизыиаемый где (а = роЯоо и 1,„= рзЗоо. Через 5 обозначена площадь сечения потока. Найдем, пользуясь общим уравнением наве- денного тока, величину тока т'„„,к, протекающего во внешней цепи зазора, когда сетки соединены между собой накоротко. Направление наведенного тока на рис. 2.6 указано с учетом отрицательного знака заряда электронов.
Выберем начало координат по оси х в середине рассматриваемого зазора и рассмотрим элементарный слой заряда толщиной г(х, заштрихованный на рис. 2.6. Обозначим через го момент прохождения этого слоя через центр зазора. Заряд, содержащийся в рассматриваемом слое, равен йу = гкап,~ВВ, где бу = —. оа 26 Используем уравнение (2.31) н найдем ток йенаоед, созданный зарядом с(д во внешней цепи зазора: оо (2.36) Предполагается, что скорость электронов оо внутри зазора остается такой же, как на входе в зазор. Вто справедливо, разумеется, лищь прн условии короткого замыкания во внешней цепи, когда электрическое поле внутри зазора равно нулю.
Для нахождения суммарного наведенного тока, протекающего во внешней кепи, следует произвести интегрирование написанного выше уравнения по всей ширине зазора. Подставляя выражение (2.35) в (2.36) и производя несложные тригонометрические цреобразовання, получаем: 2 онавед = ~ ~)о+ ?тагп (о1го+ )~ он в о!и =)о+ )~и з1 и оото,о,~ ° ~оо оов Угол пролета электронов через данный зазор равен О= —.
не Введем обозначение е а1п— 2 М=— — е 2 (2.37) Окончательно с учетом (2.3?) уравнение тока, наведенного модулированным электронным потоком, приобретает вид енавед ?о+М)тзш'оео (2.38) Множитель М, входящий в (2.38) н определяющийся формулой (2.3?), обычно называют козффициентом взаимодействия электронного потока с электрическим полем зазора. Зависимость коэффицнента М от угла пролета О показана на рис. 2.7.
Если угол пролета пренебрежимо мал, то М -в 1 и наведенный ток численно оказывается равным конвекционному току, проходящему через зазор. Действительно, прн О -1 ° О 'уравнение (2.38) совпадает с (2.35). Однако с увеличением О в соответствии с (2.38) происходит уменьшение амплитуды наведенного тока, равной М! При О = 2п переменная составляющая наведенного тока обращается в нуль несмотря на то, что конвекционный ток, поступающий в зазор, остается неизменным н по-прежнему описывается уравнением (2.35). Коэффициент взаимодействия М играет важную роль в теории электронных приборов СВЧ и определяет эффективность наведения тока в зазоре.
Чем меньше угол пролета, тем больше амплитуда наведенного тока, равная в пределе амплитуде конвекционного тока. Отсюда становится понятнее, почему в низкочастотной электронике практически можно пренебречь принципиальными различиями между конвекционным и наведенным токами. Из уравнения (2.38) можно сделать и другой вывод. Плоский зазор, характеризуемый конечным углом пролета, может быть с точки зрения законов наведения тока заменен при расчетах эквивалентным за- х -", 07 4 вором нулевой протяженности, совпа- 0,75 0.50 025 0,75 Рис.
2.8. Протекание наведен-, ных токов в многоэлектродном электронном приборе Рис. 2.7. Зависимость коэффициента взаимодействия поля плоского зазора с электронным потоком от угла пролета через зазор 80 дающим с центром реального зазора, при условии уменьшения «м. плитуды переменного конвекционного тока в М раз. Промодулированный электронный поток играет при этом для зазора роль генератора тока. При несинусоидальном характере конвекционного тока, часто встречающемся в реальных приборах, следует применить разложение функции тока в гармонический ряд г„,и, = 1о+ 2А„з! п (позг) +.
~ Ви соз (ло70), (2. 39) после чего воспользоваться уравнениями (2.38) и (2.37) для интересующей гармоники тока. В общем случае форма кривых конвекционного и наведенного токов оказывается различной, так как коэффициент М имеет неодинаковую величину для разных гармоник. Постоянная составляющая наведенного тока 1е согласно (2.38) не зависит от угла пролета 8 и всегда равна постоянной составляющей конвекционного тока. Заметим, однако, что ток, протекающий на какой-либо электрод и реально измеряемый в его внешней цепи, следует рассматривать с учетом токов, протекающих в цепях смежных электродов.
Для примера на рис. 2.8 показана система, состоящая из накаленного катода К, двух плоских сеток С, и С, и анода (коллекора) А. Это устройство можно мысленно разделить на три плоских двухэлектродных зазора, к которым полностью применимы рассмотренные выше положения (для простоты предполагается, что сетки непрозрачны для электрических полей). Если электроны не оседают на сетках С, и С„то постоянные составляющие наведенных токов снааед с1 снавед а и снавед а В цепях всех трех зазоров одинаковы и равны постоянному конвекционному току с катода с'„ независимо от величин постоянных напряжений Ус и цв и присутствия переменных составляющих напряжений и токов.
Во вводах сеток наведенные токи текут в противоположных направлениях. Поэтому мгновенные токи первой и второй сеток равны соответственно Сес снавед с Снавед Н Сеа = снавед а в Снавед в Постоянная составляющая сеточных токов оказывается равной нулю, что вполне согласуется с обычными интуитивными представлениями, используемыми в низкочастотной электронике. Однако переменные составляющие наведенных токов во внешней цепи в общем случае не уничтожают друг друга, что играет важную роль, например, в работе сверхвысокочастотных триодов (см.
Э 2.5, а). ф ЗЛ. ОТБОР ЭНЕРГНН ОТ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА Конечной цепью работы подавляющего большинства электровакуумных приборов СВЧ, в том числе всех генераторных и усилительных приборов, является преобразование энергии постоянного тока в высокочастотную энергию. Поэтому большой интерес представляют механизм отбора высокочастотной энергии от электронного потока и условия, при которых может быть достигнуто наиболее полное превращение энергии.
и. Отбор энергии от одииоеиого электрона Обратимся снова к плоскому двухсеточному зазору, в который поступает точечный заряд (электрон) или короткий электронный сгусток. Если две сетки зазора соединены между собою, то мощность, выделяющаяся в короткозамкнутой внешней цепи, равна нулю.
Иначе обстоит дело, если между электродами зазора включено активное сопротивление )т, как показано на рис. 2.9, а. В этом сопротивлении Рассеивается мощность, обусловленная протеканием наведенного тока. Поскольку наведенный ток течет только во время движения электрона, рассеяние мощности во внешнем сопротивлении сг происходит ~олько до момента удара электрона о вторую сетку или до момента выхода электрона из зазора. Если электрон оседает на второй сет- ке, то это не оказывает никакого влияния на отбор энергии. В резуль тате удара электрона о сетку происходит лишь ее нагреванне. Процесс отбора энергии от электрона можно обьяснить следую. щим образом.
Наведенный ток, проходя по внешнему сопротивле-„: нию )г, создает на нем падение напряжения с полярностью, обозна.~ ченной на рис. 2.9, а. Электрод, по направлению к которому двигает-' ся электрон, оказывается под отрицательным потенциалом. Внутри зазора в момент прохождения электрона или сгустка автоматически создается тормозящее электрическое поле. Скорость электрона по мере движения в тормозящем поле уменьшается, в результате чего кинетическая энергия электрона при выходе из зазора оказывается меньше, чем на входе в зазор. ! Разность между этими значениями -"+ " Р"" Р" % ~ ч " Р " р, Д *Й в сопротивлении Я.
Оставшаяся ! ! кинетическая энергия электрона э 1 1. рассеивается на второй сетке зазо- ра или на другом электроде (кол+ - ~саээаэ лекторе), находящемся позади за- ч «агээгле вора. а) д) Наибольшая величина наведенрис. 2.в. Отбор энергии от злектро- ного тока достигается при коллинон н плоском зазора.знакаии чь и — неарности векторов Е и н. Следообозначена полярность напряжения, вательно, в общем случае для. босозданного на сопротивлении и и ре. лес полного отбора энергии от зультате пРотекания назехенного электрона его следует пропускать тока по возможности вдоль силовых линий электрического поля. Проведенное рассуждение позволяет сделать важные выводы о характере взаимодействия электронов с электрическим полем зазора.
Энергия передается во внешнюю цепь в процессе движения электронов в продольном тормозящем электрическом поле. Рассеивание энергии (в результате электронной бомбардировки) на электродах, входящих в состав основной высокочастотной цепи, не является необходимым. Таким образом, принципиально возможны разделение функций электродов ламп и создание электродов, служащих только для отбора энергии от электронов и для передачи ее во внешнюю цепь, и электродов, специально приспособленных для собирания аотработаиных» электронов и рассеивания неиспользованной части их энергии.
Эти простые с физической точки зрения положения лежат в основе конструирования многих электронных приборов, рассматриваемых далее. В диапазоне сверхвысоких частот вместо сосредоточенного активного сопротивления )г, показанного на рис. 2.9, а, может быть использована согласованная передающая линия. Как известно, входное сопротивление согласованной линии без потерь является чисто 32 активным и равно характеристическому (волновому) сопротивлению р,. Другой путь создания активного сопротивления на СВЧ связан с использованием полого резонатора. В самом деле, на дискретных частотах собственных резонансов всякий полый резонатор обладает высоким чисто активным полным сопротивлением, равным обратной величине эквивалентной активной проводимости 6 (1!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
