Стр.102-201 (1152179), страница 3
Текст из файла (страница 3)
тронных приборов основываются на законе »степени 3!2», определяющем статические характеристики ламп. Этот закон, однако, теряет свою силу при быстрых изменениях напряжения. Наведенный ток, протекающий во внешней цепи лампы, может существенно отличаться от конвекционного электронного тока. Поэтому статические характеристики теряют смысл при рассмотрении высокочастотных процессов в триодах и тетродах СВЧ*. При конечном угле пролета электронов изменяются фазовые сдвиги между токами и напряжениями на электродах триода. Другим проявлением инерции электронов является активная входная проводимость (см.
4 2.5). Лампа начинает потреблять на входе высокочастотную мощность, хотя на низких частотах нохеме с общим катодом потреблением мощности можно всегда пренебречь. Это явление значительно ухудшает работу триодных усилителей и генераторов. Существуют и другие электронные явления, влияющие на работу триодов и тетродов СВЧ. Однако до сих пор вопрос о связи между предельной частотой триода и инерцией электронов не нашел полного разрешения. Несмотря на кажущуюся простоту устройства триодов и тетродов, количественный анализ пролетных явлений в них чрезвычайно осложнен. Первая трудность состоит в том, что в междуэлектродных зазорах ламп имеются не только высокочастотные, но и постоянные электрические поля.
В не- ' Зто не исключает, разумеется, использования статических параметров в качестве одного из способов контроля ламп СВЧ при нх выпуске н при практических применениях. !09 которых случаях (усилитель малого сигнала нлн автогенератор, работающий при очень малом к п д ) амплитуды переменных напряжений можно считать много меньше соответствующих постоянных напряжений, Поэтому можно при. менять сравнительно простую теорию малых амплитуд, Для обычных автогенераторов и мощных усилителей, однако, более типичен режим больших амплитуд. Амплитуды переменных напряжений оказываются соизмеримыми с постоянными напряжениями.
Это значительно затрудняет расчеты режимов работы ламп Второй трудностью является существование в пространстве между катодом и сеткой значительного пространственного заряда, распределение которого в режиме малых амплитуд соответствует статическому режиму эквивалентного диода. В случае больших амплитуд характер пространственного заряда стано. вится более сложным Поэтому анализ процессов в промежутке катод — сетка в триодах и тетродах СВЧ наталкивается на значительно большие трудности, чем в промежутках сетка — анод или анод — экранная сетка Независимо от перечисленных трудностей, можно придти из качественных соображений к важным выводам относительно путей улучшения работы триодов и тетродов.
Эти лампы лучше всего работают при >гле пролета электронов, стре. мящемся к нулю Следовательно, можно предположить, что лампы могли бы работать в диапазоне СВЧ не хуже, чем на низких частотах, прп условии, что повышение частоты компенсируется пропорциональным уменьшением времени пролета электронов. Угол пролета и зависящие от него пролетные явления при этом условии остаются неизменными, несмотря на повышение частоты. Для уменьшения времени пролета в принципе могут быть использованы два пути — повышение напряжений на электродах н уменьшение междуэлектрод.
ных расстояний. Опыт подтверждает, что одна и та же лампа способна работать на более высоких частотах, если удается повысить питающие напряжения. Особенно четко зто проявляется в импульсном режиме, когда напряжения могут быть значи. тельно увеличены без ограничений по рассеиваемой мощности на аноде, а также по эмиссионной способности катода Однако повышать напряжения в ряде слу. чаев нерационально, в особенности при создании ламп малой мощности. Существуют и другие ограничения, ие позволяющие широко использовать этот путь Второй путь — уменьшение междуэлектродных расстояний — широко используется при конструировании сверхвысокочастотных триодов.
Наиболее благоприятной для обеспечения малых расстояний является плоскоэлектродиая конструкция лампы, лежащая в основе большинства современных триодов СВЧ Работа электронных ламп на низких частотах характеризуется тремя основными режимами, называемыми обычно режимами классов А, В и С. В диапазоне сверхвысоких частот эта классификация, как правило, не используется. Удоб. нее различать два упоминавшихся выше режима — малых и больших амплитуд.
Первый из них сходен с режилюм класса А, второй в какой-то степени аналогичен режимам классов В и С э 42. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОДЕССЫ В РЕЖИМЕ МАЛЫХ АМПЛИТУД а. Эквивалентные диода. Угли пролета В идеализированном случае можно считать, что сетка триода непрозрачна для электрических полей, но полностью прозрачна для электронного потока Подобное допущение часто используется при анализе различных электронных приборов СВЧ В реальных триодах СВЧ проницаемость П обычно не превышает нескольких процентов, поэтому идеализация свойств сетки является вполне оправданной. Таким образом, триод СВЧ можно разбить на два диода, не имеющих между собой связи по электрическому полю, но пронизываемых общим электронным потоком Как указывалось выше, в реальных триодах СВЧ обычно используется плоскоэлектродная система Это облегчает расчет эквивалентных диодов, позволяя свести их к плоским зазорам, свойства которых рассматривались в гл.
2. Рассмотрим условия работы каждого из зазоров. ПВ Г 2ш 2ш " У е(уа (4.1) где (Га — постоЯнное напРЯжение на аноде по отношению к катодУ. ЧеРез б обозначено расстояние между плоскостью сетки и анодом. Подставляя значения е и т по (2.1!), а также выражая круговую частоту ы через длину волны )г, уравнение (4.1) можно привести к виду: Оса 6,36 !Оз . — [рад]. г(са 1 (4. 2) й )гй При определении угла пролета в первом эквивалентном диоде можно обыч. ио отвлечься от тепловых скоростей электронов, эмиттируемых катодом.
В этом случае расчет следует вести с учетом уравнения (2.28), рассмотренного в 9 2.2 Угол пролета катод †сет оказывается равным / 2т йис=(,быбкс ~/ е(уд (4.3) где бис —. расстояние между натодом и сеткой триода и ()д — действующее постоянной напряжение в плоскости сетки, равное (уд —— (7е+ 61(7а Через Т! здесь, как обычно, обозначена проницаемость триода. Для практических расчетов уравнение (4.3) может быть приведено к виду йне =йг63,10з = [Рад[.
г(ис (1, ф) д 1И Электронный поток, поступающий из катода в первый зазор, характеризуется тепловыми начальными скоростями и не имеет начальной модуляции по плотности Постоянная составляющая конвекционного тока, проходящего через первый зазор, ограничена пространственным зарядом и описывается обычным уравнением степени 3/2, если амплитуда переменного напряжения много меньше постоянного напряжения, действующего в плоскости сетки по отношению к катоду. Во второй зазор, соответствующий промежутку сетка — анод, поступает конвекционный ток, переменная составляющая которого не равна нулю, но много меньше постоянной составляющей. Скоростями электронов в плоскости сетки можно пренебречь в сравнении со скоростями вблизи анода. Можно считать, что сетка играет роль своеобразного катода, эмиттирующего электроны с нулевыми начальными скоростями, нос вариацией потока по плотности.
Пространственным зарядом можно пренебречь и считать распределение электрического поля между анодом и сеткой линейным. Таким образом, первый зазор эквивалентен обычному диоду, работающему в режиме пространственного заряда и малых амплитуд. Второй зазор отличается от первого отсутствием пространственного заряда и наличием начальной модуляции потока по плотности в плоскости эквивалентного катода, т. е. сетки триода. Между этими зазорами имеется электронная связь: конвекционный ток в плоскости эквивалентного катода второго диода равен конвекционному току в плоскости эквивалентного анода первого диода.
Отметим одно существенное обстоятельство: все электроны, начавшие двигаться по направлению к сетке, не изменяют направления своего движения и обязательно достигают сначала плоскости сетки, а затем плоскости анода триода. В этом проявляется одно из отличий от режима больших амплитуд (см. 4 4.3). Высокочастотные свойства триода характеризуются углами пролета в двух эквивалентных диодах.
Наиболее просто определяется угол пролета во втором эквивалентном диоде (промежуток сетка — анод). Считая, что в этом зазоре пространственный заряд отсутствует, и пренебрегая постоянным напряжением на сетке, можно записать иа основании уравнения (2.27): При особо малых расстояниях между катодом и сеткой следует учитывать ми. нимум потенциала, образующийся вблизи накаленного катода на расстоянии порядка единиц микронов Еще более серьезным вопросом прн вычислении угла пролета Оно является значительная неоднородность электрического поля между сеткой и катодом Время и угол пролета различных электронов оказываются неодинаковыми. Неоднократно высказывалось мнение, что именно этот разброс углов пролета оказывает сильное влияние на предельную частоту триодов б. Входная проводимость триода в режиме малых амилитуд При обсуждении недостатков элентростатического управления электронным потоком в 4 2.5,а было показано, что при увеличении частоты колебаний в схеме с общим катодом появляется активная составляющая входной проводимости, приблизительно пропорциональная квадрату угла пролета О„е Угол пролета оказывает влияние также и на входную проводимость триода, включенного 1науеу г еноеоуг Выход анод Вхое 1ноееу т В1 а) Рис 4.2 Наведенные токи в схемах триода с общим катодом (а) и с общей сеткой (б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
