Кристалл CdS 19 страница

В металлокерамической серии лампы типа ГС предназначены для непрерывно­го режима работы, лампы типа ГИ — для импульсного.

Лампы более сложные, чем триоды, для дециметрового диапазона приме­няют редко, так как при большем числе сеток приходится увеличивать рас­стояние между анодом и катодом, но тогда возрастает время пролета элект­ронов. В приемных лампах увеличение числа электродов приводит к усилению собственных шумов. Таким образом, и в генераторах и в усилителях децимет­рового диапазона волн работают глав­ным образом триоды. Однако в послед­нее время для этого диапазона скон­струированы и тетроды. Так, например, выпущен металлокерамический лучевой тетрод полезной мощностью 2 кВт для частот до 1000 МГц. Разработаны и другие лучевые тетроды, в том числе и двойные, для дециметровых волн.

Особо следует отметить применение триодов в каскадах усиления по схеме с общей сеткой (рис. 24.12). Эта схема предложена М. А. Бонч-Бруевичем в 1931 г. и служит для устранения воз­можности самовозбуждения за счет па­разитной связи через межэлектродные емкости. Особенность схемы состоит в

Рис. 24.12. Схема усилительного каскада с об­щей сеткой

том, что входной контур LC включен в провод катода. Управляющая сетка лампы соединена с корпусом и минусом анодного источника. Она в данной схеме одновременно выполняет функцию экранирующей сетки и уменьшает пара­зитную связь между анодной и сеточной цепями через внутриламповую емкость анод — катод С_а._к, а не через емкость анод — сетка С_а.₃, как в обычных. уси­лительных каскадах с общим катодом.

Для того чтобы сетка служила хорошим экраном, она делается густой, и поэтому коэффициент усиления таких триодов высок (100 и более). Благодаря густой сетке емкость анод — катод уменьшается до сотых долей пикофарада.

Недостаток схемы с общей сеткой заключается в ее низком входном сопро­тивлении. Это объясняется тем, что здесь входной ток представляет собой ток катода. А в схеме с общим катодом входной ток гораздо меньше, так как он является током сетки. Практически вход­ное сопротивление для схемы с общей сеткой получается равным примерно 1/S. Если лампа имеет крутизну 5 мА/В, то Д_Вх = 1/5 = 0,2 "кОм. Источник усилива­емых колебаний нагружается малым сопротивлением R_BX и должен расходо­вать значительную мощность. Несмотря на этот недостаток, схема с общей сеткой применяется часто, так как она работает устойчиво, без самовозбуждения.

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ПЯТАЯ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СВЧ

25.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Существует много различных специ­альных приборов для СВЧ, работа кото­рых основана на том, что электроны приобретают кинетическую энергию от постоянного электрического поля, соз­данного источником питания, и переда­ют часть своей энергии электромагнит­ному полю СВЧ, так как тормозятся в этом поле.

Специальные электронные приборы СВЧ делятся на две группы: О-типа и М-типа. В приборах О-типа постоян­ное магнитное поле отсутствует или применяется только для фокусировки электронного потока. А для приборов М-типа характерно наличие так называ­емых скрещенных, т. е. взаимно перпен­дикулярных, постоянных электрического и магнитного полей. Именно совместное действие этих полей в значительной степени определяет траектории движения электронов. Передача энергии полю СВЧ в приборах также происходит за счет торможения электронов в этом поле.

Исторически первыми представите­лями приборов О-типа стали клистро­ны, широко, применяемые и в настоя­щее время. В клистронах значительное время пролета электронов не только не вредно, но и необходимо для нор­мальной работы прибора. Основные ти­пы клистронов — пролетные (двух- и многорезонаторные), пригодные для ге­нерации и усиления колебаний, и отра­жательные (однорезонаторные), рабо­тающие только в качестве генераторов. К приборам О-типа относятся также лампы бегущей волны (ЛБВ) и лампы обратной волны (ЛОВ). Однако существу­ют также ЛБВ и ЛОВ, относящиеся

11*

к приборам М-типа. А первым в исто­рии прибором М-типа стал магнетрон. В последнее время разработаны новые приборы М-типа (амплитроны, стаби-лотроны и др.). Все эти приборы рас­сматриваются в следующих параграфах.

25.2. ПРОЛЕТНЫЙ КЛИСТРОН

Идея создания пролетного клистро­на была впервые высказана Д. А. Ро-жанским. Схема устройства и включения пролетного двухрезонаторного клистро­на для усиления колебаний показана на рис. 25.1, а. Электронный поток от катода к аноду проходит через две пары сеток, представляющих собой части сте­нок объемных резонаторов Pi и Р₂ (иногда вместо сеток делают просто отверстия в стенках резонаторов). Резо­натор Pi служит входным контуром. К нему с помощью коаксиальной ли­нии и витка связи подводятся усили­ваемые колебаний с частотой /. Его сетки 1 и 2 образуют модулятор (группирователь), в котором происходит модуляция скорости электронов. Резона­тор Р₂ служит выходным контуром. В нем получаются усиленные колебания. Их энергия отбирается с помощью витка связи и коаксиальной линии. Сетки 3 и 4 образуют уловитель. На оба резо­натора и на анод подано положитель­ное напряжение Up, создающее между сеткой 1 и катодом ускоряющее поле, под влиянием которого электроны вле­тают в модулятор со значительной ско­ростью Vo.

Если в резонаторе Р_х происходят колебания, то между сетками 1 к 2 создается переменное электрическое по­ле, которое действует на электронный поток и изменяет (модулирует) его ско­рость. В тот полупериод, когда на сетке 2 положительный, а на сетке 1 отрица­тельный переменный потенциал, поле между сетками будет ускоряющим и электроны, пролетающие через модуля­тор, получат добавочную скорость Av. Во время следующего полупериода на сетке 2 потенциал отрицательный, а на сетке 1 — положительный, т. е. поле ста­новится тормозящим для электронов, которые уменьшают свою скорость на Av. Только те электроны, которые про­летают через модулятор в момент, когда напряжение равно нулю, продол­жают движение со скоростью vo.

Таким образом, в пространство между сетками 3 и 2, называемое пространством дрейфа (или простран­ством группирования), попадают элект­роны, имеющие разную скорость. В этом пространстве нет электрического поля, так как между сетками 3 и 2 нет разности потенциалов, и электроны ле­тят по инерции с неизменными ско­ростями. Электроны, имеющие большую скорость, догоняют электроны, движу­щиеся с меньшей скоростью. В резуль-

тате электронный поток разбивается на отдельные более плотные группы элек­тронов — электронные сгустки. Можно сказать, что благодаря модуляции элек­тронного потока по скорости в прост­ранстве дрейфа происходит модуляция этого потока по плотности.

Образование электронного сгустка можно показать графически. На рис. 25.1, б приведен график зависимости пути s от времени t для электронов, пролетающих через модулятор в различ­ные моменты времени, и график пере­менного, напряжения в резонаторе P_t. Расстояние s отсчитывается от моду­лятора. Электроны движутся в простран­стве дрейфа равномерно, и графики их движения будут прямые линии, наклон которых показывает скорость движения.

Рассмотрим движение трех электро­нов, пролетающих через модулятор в моменты времени t_u t₂ и t₃. Пусть электроны влетают в модулятор с одной и той же скоростью и время их Про­лета через модулятор много меньше периода. Тогда электрон, пролетающий через модулятор в момент t₂, будет лететь далее с прежней скоростью vo и график его движения — прямая линия с некоторым средним наклоном. График движения электрона, пролетающего че­рез модулятор в момент ti, имеет мень­ший наклон, так как этот электрон тормозился в резонаторе и его скорость меньше. А электрон, соответствующий моменту £₃, получит в резонаторе до­полнительную скорость и его график пойдет круче. Все три прямые пересе­каются в одной точке. Это значит, что все три электрона в этой точке своего пути группируются. Другие элект­роны, пролетающие через модулятор в промежуточные моменты времени, так­же придут в эту точку примерно в тот же момент. Что же касается электронов, пролетающих через модулятор раньше момента ti и позже момента г₃, то, как показывают графики, они не группиру­ются.

Таким образом, группируются в сгусток лишь электроны, пролетающие через модулятор во время одной поло­вины периода. Хорошее «сгущение» воз­можно только в том случае, если глу­бина модуляции скорости электронов невелика, т. е. изменение скорости элек­тронов под влиянием модулирующего переменного поля незначительно по сравнению со скоростью, которую они получили от постоянного ускоряющего напряжения. Поэтому переменное напря­жение между сетками резонатора долж­но быть значительно меньше, чем по­стоянное напряжение Up. Группирование электронов в сгусток повторяется в те­чение одной половины каждого периода.

Постоянное напряжение Up подбира­ется так, чтобы электронный сгусток получился в уловителе, т. е. на расстоя­нии d от модулятора. Если напряжение Up велико, то электронный сгусток по­лучится на большем расстоянии (между уловителем и анодом), а при малом напряжении Up он будет слишком близ­ко (в пространстве дрейфа). Отсюда следует, что ускоряющее напряжение Up должно быть вполне определенным и стабильным.

После точки наибольшего сгущения электронного потока электроны снова расходятся. Если продолжить графики движения электронов, то окажется, что группирование в сгусток снова повто­рится на расстоянии 3d, затем 5d и т. д. Однако это практически не используется, так как размеры прибора увеличивать невыгодно.

Итак, в уловитель поступают элек­тронные сгустки, следующие друг за другом с частотой / Они создают в резонаторе Р₂ импульсы наведенного тока и возбуждают в нем колебания. Для получения максимальной амплиту­ды колебаний резонатор Р₂ должен быть настроен на частоту % на которую настроен и резонатор Р\. Подобно тому как в усилительном каскаде высокой частоты импульсы анодного тока прохо­дят через анодный колебательный кон­тур и создают в нем усиленные коле­бания, так и в клистроне электронный поток, состоящий из сгустков, создает в резонаторе Р₂ усиленные колебания. Усиление происходит за счет энергии источника постоянного напряжения Up, который создает ускоряющее поле. Электроны получают в этом поле боль­шую энергию, и, благодаря тому что

в резонаторе Pi происходит модуляция их скорости, они отдают часть этой энергии резонатору Р₂.

Электронные сгустки пролетают че­рез резонатор Р₂ тогда, когда электри­ческое поле в нем тормозящее. Проле­тевшие через резонатор Р₂ электроны попадают на анод и нагревают его. Часть электронов попадает и на сетки резонаторов. Если бы электронный по­ток не был модулированным, то он не поддерживал бы колебания в резо­наторе Р₂. Действительно, равномерный электронный поток в тот полу период колебаний, когда поле в резонаторе ускоряющее, отбирает от резонатора энергию, а во время следующего полу­периода отдает такое же количество энергии. В результате не происходит никакой отдачи энергии электронами резонатору.

Применим подобные же рассуждения к взаимодействию электронного потока с резонатором Pi. В этот резонатор поступает равномерный электронный по­ток, который в один полупериод отни­мает некоторую энергию от резонатора, а в следующий полупериод отдает такое же количество энергии обратно. За целый период энергия от резонатора не отбирается. Значит, нет потерь энер­гии на модуляцию скорости электронов.

Однако мы не учли инерции электро­нов. Хотя время их пролета через мо­дулятор очень мало, но все же вследствие инерции электронов часть подводимой энергии расходуется на модуляцию. Чтобы этот расход был как можно меньше, увеличивают ускоряющее на­пряжение Up и уменьшают расстояние между сетками модулятора. Благодаря малым потерям энергии в резонаторе Pi входное сопротивление этого резона­тора и его добротность весьма велики.

Двухрезонаторный клистрон может усиливать мощность в десятки раз. Серьезный недостаток клистрона заклю­чается в том, что его КПД, представ­ляющий собой отношение полезной ко­лебательной мощности в резонаторе Р₂ к мощности постоянного тока анодно­го источника, не выше 20%, хотя тео­ретическое предельное значение состав­ляет 58%. Это объясняется следующи­ми явлениями. Группируются электроны недостаточно плотно, так как они вы­летают из катода с различной началь­ной скоростью и, пролетая через мо­дулятор в один и тот же момент вре­мени, имеют неодинаковую скорость. Между электронами действуют силы взаимного отталкивания. Вследствие инерции пролетающие через уловитель электроны отбирают часть колебатель­ной энергии резонатора Р₂. Некоторые электроны вообще не группируются в сгустки, т. е. не участвуют в полезной работе. В результате всего этого боль­шая часть энергии бесполезно тратится на нагрев сеток и анода, так как все электроны в конечном счете с какой-то скоростью попадают на эти электроды.

Двухрезонаторные клистроны приме­няют для усиления в передатчиках СВЧ. Их полезная мощность в режиме непре­рывной работы может составлять десят­ки киловатт, а в импульсном режиме — десятки мегаватт. При уменьшении дли­ны волны мощность уменьшается.

Клистроны применяются и для умно­жения частоты. Электронный поток в уловителе представляет собой конвек­ционный ток несинусоидальной формы. При плотном группировании электронов этот ток можно приближенно считать состоящим из импульсов прямоуголь­ной формы. Такой ток имеет резко выраженные высшие гармоники. На­страивая резонатор Р₂ на частоту той или иной гармоники, получают колеба­ния умноженной частоты. Амплитуда гармоник с повышением их номера убы­вает медленно. Возможно умножение частоты в 10 раз и более.

Для усиления слабых сигналов в приемниках клистроны малопригодны, так как создают большие собственные шумы.

В настоящее время изготовляются главным образом пролетные многорезо-наторные клистроны, которые сложнее двухрезонаторных по устройству, но об­ладают некоторыми преимуществами. У многорезонаторных клистронов пер­вый резонатор служит входным, а по­следний выходным. Промежуточные ре­зонаторы соединены только с положи­тельным полюсом источника питания

-Up + -о ^и о-

фэ --- Цт"|

фк, HI фк₂ фк₃ фк_ч HI t*

Рис. 25.2. Принцип устройства многорезонаторного пролетного клистрона ФК — фокусирующая катушка; ф!Э — фокусирующий электрод

(рис. 25.2). Под действием пульсирую­щего электронного потока в них воз­никают колебания и создается перемен­ное электрическое поле, которое допол­нительно модулирует электронный по­ток и способствует группированию электронов. Поэтому в выходной резо­натор попадают более плотные сгустки электронов. В результате КПД и коэф­фициент усиления мощности клистрона возрастают.

Современные пролетные клистроны различаются по режиму работы (им­пульсный или непрерывный), выходной мощности, типу и числу резонаторов, способам фокусировки электронного по­тока, Ввода и вывода энергии СВЧ, перестройки частоты, охлаждения и по другим особенностям.

При импульсной работе частота сле­дования импульсов обычно бывает от десятков до тысяч герц, а длительность импульса — от долей микросекунды до миллисекунд. Пролетные клистроны раз­деляются на маломощные, средней мощ­ности, мощные и сверхмощные. Мощ­ность в импульсе у них соответственно менее 10 кВт, от 10 кВт до 1 МВт, от 1 до 100 МВт и свыше 100 МВт. Для режима непрерывной работы мощ­ности в 1000 раз меньше. Приведенные значения мощности относятся к пролет­ным клистронам дециметрового диапа­зона волн. На сантиметровом диапазоне они снижаются. Фокусировка электрон­ного потока может быть электростати­ческая, электромагнитная (фокусирую­щей катушкой) или с помощью посто­янных магнитов. Ввод и вывод энергии СВЧ делают коаксиальным, волновод-ным или комбинированным (коакси-ально-волноводным). Резонаторы быва­ют внутренние, смонтированные в са­мом клистроне, и внешние. Наиболее распространены пролетные клистроны на фиксированную частоту, но изготов­ляются также и перестраиваемые клист­роны с механической настройкой резо­наторов на различные частоты. Однако такая перестройка сложна и позволяет изменять частоту не более чем на 15%. Охлаждение мощных пролетных клист­ронов бывает естественным или прину­дительным (воздухом или водой).

Коэффициент полезного действия многорезонаторных пролетных клистро­нов достигает 50%, но у многих типов он заметно меньше. А коэффициент уси­ления мощности у таких клистронов составляет иногда несколько десятков тысяч. Практически трудно получить усиление более чем в 10⁶ раз. Для мощных клистронов, особенно импульс­ных, требуется напряжение питания в десятки и даже сотни киловольт.

Пролетные клистроны имеют очень узкую полосу частот пропускаемых ко­лебаний, что объясняется наличием не­скольких настроенных резонаторов. Обычно полоса частот не превышает нескольких мегагерц. Путем расстройки резонаторов возможно расширение по­лосы частот, но с неизбежным сниже­нием усиления. Для увеличения выход­ной мощности делают многолучевые клистроны, в которых через поле одних

и тех же резонаторов проходят парал­лельно несколько электронных потоков.

Пролетный клистрон можно превра­тить в генератор с самовозбуждением, если установить обратную связь между выходным и входным резонаторами, соединив их коаксиальной линией. Дли­на линии подбирается такой, чтобы по­лучилась нужная фаза колебаний, подво­димых обратно к входному резонатору. При этом электронные сгустки прохо­дят через выходной резонатор за полу­периоды, соответствующие тормозяще­му полю, и поддерживают колебания. А при противоположной фазе электрон­ный поток будет отбирать энергию от выходного резонатора и колебания быст­ро затухнут. Иногда в двухрезонаторных клистронах с общей стенкой у резона­торов Pi и Р₂ создают дифракционную обратную связь с помощью отверстия в этой стенке.

Однако пролетные клистроны срав­нительно редко используются в качестве генераторов с самовозбуждением. А для маломощных генераторов (гетеродинов) более удобны отражательные клистроны, имеющие только один резонатор.

25.3. ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН

Схема включения отражательного (однорезонаторного) клистрона, изобре­тенного советским ученым В. Ф. Кова­ленко, показана на рис. 25.3, а. В нем один объемный резонатор служит одно­временно модулятором и уловителем. На резонатор подано высокое постоян­ное напряжение U_p для ускорения элек­тронов. За резонатором находится от­ражатель — электрод, имеющий отри­цательное напряжение U₀ относительно катода. Для лучшей фокусировки элек­тронного потока катод окружен цилинд­ром, который называют фокусирующим электродом и обычно соединяют с ка­тодом. Энергия от резонатора отбира­ется с помощью витка связи и коакси­альной линии.

Поток электронов под действием ускоряющего поля влетает в резонатор и возбуждает в нем импульс наведен­ного тока. В резонаторе возникают ко­лебания, создающие между его сетками переменное электрическое поле. Это поле модулирует электронный поток по ско­рости. Таким образом, электроны выле­тают с различной скоростью из резо­натора в пространство дрейфа (между резонатором и отражателем), в котором действует постоянное тормозящее поле. Электроны в этом поле тормозятся, останавливаются и ускоренно возвраща­ются в резонатор. Чем больше скорость электрона, тем дальше углубляется он в тормозящее поле и больше времени находится в этом поле. В результате электроны, пролетевшие через резона­тор во время положительного полупе­риода и получившие от переменного электрического поля добавочную ско­рость, могут вернуться обратно в тот же момент, когда возвратятся электро-

Рис. 25.3. Принцип устройства и работы отражательного клистрона

ны, пролетевшие через резонатор позд­нее, во время отрицательного полупери­ода, и получившие торможение от пере­менного поля.

Это наглядно иллюстрируется сле­дующим примером. Если бросить вверх друг за другом три одинаковых предме­та, но первый с наибольшей скоростью, а третий — с наименьшей, то все они могут упасть обратно одновременно. Первый из них поднимется выше всех и будет в движении наибольшее время, а последний поднимется ниже всех и возвратится через наименьший промежу­ток времени.

Хотя модуляция скорости в отра­жательном клистроне происходит так же, как и в пролетном, но процесс группирования иной. На рис. 25.3, б показаны графики движения электронов в отражательном клистроне, поясняю­щие принцип группирования. Графики эти представляют собой не прямые, а кривые линии (параболы), так как движение каждого электрона неравно­мерно. Сначала электрон движется за­медленно (до точки остановки), а затем ускоренно возвращается обратно. Элек­троны, вылетевшие в моменты времени г_ь г₂ и г₃, возвращаются в один и тот же момент, т. е. группируются в один плот­ный сгусток. Это же относится и к электронам, пролетающим через резона­тор в промежуточные моменты времени от г_х до г₃.

Электронный сгусток может вер­нуться в резонатор в различные мо­менты времени в зависимости от по­стоянных напряжений U_p и U₀. При возврате в резонатор электронные сгустки отдают ему энергию только тогда, когда они попадают в тормозя­щее поле, т. е. когда на сетке 1 отри­цательный потенциал, а на сетке 2 — положительный (такое поле для прямого потока электронов будет ускоряющим). Больше всего энергии электроны отда­ют в том случае, если они возвраща­ются в момент, когда напряженность тормозящего поля в резонаторе макси­мальна. Когда же электронные сгустки возвращаются в резонатор в другие моменты времени, они отдают меньше энергии и мощность колебаний снижа­ется. Если отдаваемая электронами энер­гия слишком мала, то колебания вооб­ще не будут поддерживаться и затухнут. При возврате электронного сгустка в резонатор во время отрицательного полупериода колебаний, когда поле в ре­зонаторе ускоряющее, электроны отби­рают энергию от резонатора и коле­бания затухают еще быстрее.

Время пролета электронов в прост­ранстве дрейфа г_пр, т. е. промежуток времени от момента вылета электронов из резонатора в прямом направлении до момента их возврата в резонатор, принято указывать для среднего электро­на (вылетевшего в момент Г₂), вокруг которого группируются остальные элек­троны. На рис. 25.3, б это время равно 1³/₄Т. Увеличив по абсолютному значе­нию отрицательное напряжение на от­ражателе, можно заставить электронный сгусток возвращаться в резонатор в момент г₄, т. е. через промежуток вре­мени, равный ³/₄ Т. И наоборот, если уменьшить по абсолютному значению напряжение отражателя, то электроны пройдут дальше в тормозящее поле и вернутся в резонатор позднее, например через промежуток времени 2³/₄ Т. Во всех этих случаях электронные сгустки от­дают резонатору наибольшую энергию, так как они попадают в наиболее силь­ное тормозящее поле. Таким образом, для получения в клистроне незатухаю­щих колебаний наибольшей мощности необходимо выполнить условие

г„_р = (п + 7₄)Гили t_nv = (n + ³U)/f, (25.1)

где п — любое целое число* включая нуль.

Различают несколько зон (или об­ластей) генерации клистрона. Если п = = 0 и г_пр = ³/₄Т, то зона генерации нуле­вая. При п=1 и г_пр = 1³/₄Т клистрон работает в первой зоне генерации. Вто­рой зоне соответствует п = 2 и г_пр = 2³/₄Т и т. д. На рис. 25.4 показаны графики движения группирующихся электронов для первых трех зон генерации.

На время пролета электронов влия­ют следующие величины. Чем больше расстояние d между резонатором и от­ражателем, тем меньше напряженность тормозящего поля при одной и той же

U₀=-20B

Рис. 25.4. Движение электронов при работе отражательного клистрона в нулевой (а), первой (б) и второй (в) зоне генерации

разности потенциалов U_p — U₀. Но при более слабом поле электроны слабее тормозятся, пройдут дальше в глубь поля и вернутся позднее. Следовательно, при большем значении d работа может происходить в зоне генерации с более высоким номером.

О п=4

Рис. 25.5. Зависимость мощности колебаний клистрона от напряжения отражателя

Сильное влияние на время пролета оказывает напряжение отражателя, что также показано на рис. 25.4. С увели­чением U₀ по абсолютному значению растет напряженность тормозящего поля Е = (U_p— U₀)/d и клистрон будет рабо­тать в зоне генерации с более низким номером. Изменение мощности колеба­ний в резонаторе в зависимости от значения U₀ показано на рис. 25.5. Мощ­ность колебаний обычно бывает наи­большей для какой-то одной зоны, где группирование электронов оказывается наилучшим (плотным). Для зон генера­ции с меньшими и большими номерами мощность меньше вследствие явлений, ухудшающих группирование. К ним относятся: взаимное отталкивание элек­тронов, неодинаковость их начальных скоростей, неоднородность поля в про­странстве дрейфа и около сеток, а также ряд других причин.

Постоянное напряжение на резонато­ре U_p гораздо слабее влияет на время пролета. Его изменение оказывает два противоположных действия, которые в известной степени компенсируют друг друга. Если, например, увеличить напря­жение Up, то скорость электронов возрастет и они должны глубже про­никать в пространство дрейфа, т. е. время пролета должно увеличиться. Но при увеличении напряжения U_p возраста­ет напряженность тормозящего поля в пространстве дрейфа, электроны сильнее тормозятся и должны быстрее вернуться, т. е. время пролета должно умень­шиться.

Переход к зоне генерации с более высоким номером путем уменьшения по абсолютному значению отрицатель­ного напряжения на отражателе в конце концов приводит к тому, что при Uо > О электроны попадают на отража­тель и не возвращаются в резонатор.

У отражательных клистронов КПД не превышает 5 %, а иногда бывает даже меньше 1 %. Поэтому такие клист­роны не делают для мощностей более одного ватта. Наибольшее распростра­нение получили маломощные отража­тельные клистроны для гетеродинов приемников и измерительной аппара­туры. Полезная мощность у них обычно составляет сотые или десятые доли ватта.

Изменение частоты колебаний, гене­рируемых отражательным клистроном, осуществляют разными способами. Ем­костная перестройка состоит в том, что с помощью специальных механических приспособлений изменяют расстояние, а следовательно, и емкость между сет­ками резонатора. Такой способ обычно применяют для клистронов с внутрен­ним резонатором. При этом возможна перестройка по частоте на 5 — 10%. Пу­тем перемещения металлического плун­жера внутри внешнего резонатора частоту можно увеличить на 20%. Одно­временно с перестройкой собственной частоты резонатора следует также из­менить и режим питания, например напряжение отражателя, чтобы получить наивыгоднейшие условия самовозбуж­дения.

В небольших пределах частоту мож­но изменить также изменением напряже­ния отражателя. Такой способ называ­ют электронной настройкой. Если уве­личить по абсолютному значению отри­цательное напряжение отражателя, то электронные сгустки возвращаются в резонатор несколько быстрее и частота колебаний возрастает. А при уменьше­нии напряжения U₀ по абсолютному значению электроны с запаздыванием возвращаются в резонатор и частота колебаний уменьшается. Можно при­вести следующую механическую анало­гию электронной настройки. Пусть коле­бания маятника поддерживаются внеш­ними толчками. Если эти толчки даются в моменты, когда маятник находится в крайнем положении, то частота коле­баний равна собственной частоте маят­ника. Но можно подталкивать маятник несколько раньше, не давая ему дойти до амплитудного положения. В этом случае частота немного увеличится. Для уменьшения частоты надо давать толчки так, чтобы каждое колебание несколько затягивалось.

При изменении частоты колебаний методом электронной настройки полез­ная мощность уменьшается. Поэтому такую настройку принято ограничивать условием уменьшения полезной мощ­ности не более чем на 50%. Обычно электронная настройка допускается на несколько десятков мегагерц в ту или другую сторону. На каждый вольт изме­нения напряжения отражателя получа­ется изменение частоты на десятые доли процента рабочей частоты, т. е. на еди­ницы мегагерц. В специальных клистро­нах электронной настройкой можно из­менять частоту на 10—15%. Значитель­ное влияние напряжения отражателя на выходную мощность и частоту генери­руемых колебаний позволяет осуществ­лять амплитудную, частотную и им­пульсную модуляцию с помощью пода­чи на отражатель модулирующего на­пряжения.

Дата добавления: 2015-05-06