Электронные приборы СВЧ

Перебегающие трубки

Запоминающие трубки

Кинескоп

Это ЭЛТ, предназначенная для воспроизведения телевизионного изображения подводимого к трубке в виде электрического сигнала.

Электрический видеосигнал представляет изображение, подводится к катоду. Он определяет яркость свечения точки на экране в данный момент. А сигналы, подводимые к отклоняющим катушкам (горизонтальные и вертикальные) определяют положение этой точки в тот же момент времени. Время после свечения кинескопа подбирается таким образом, чтобы свечение каждой точки длилось настолько долго, чтобы одновременно набиралось все высвечиваемые точки изображения.

Кинескопы для телевизоров применяют только магнитные отклонения с помощью катушек, расположенных снаружи трубки.

В кинескопах цветного изображения применяют три типа люминофора (зеленый, синий и красный).

Они в виде таблеток расположены друг с другом на экране трубки.

Они применяются для накопления (запоминания информации и воспроизведения этой информации по исключении длительного времени).

С этой целью в трубке имеется дополнительный электрод на который электронный пучок обретает определенное новое распределение заряда, представляющее записываемую информацию. В качестве запоминающих трубок используются запоминающие с большим временем после свечения.

Это преобразователи, заменяющие оптическое изображение с соответствующим ему электрическим сигналом. Они работают на принципе использования явления фотоэмиссии или фотоэлектронной проводимости.

Изображение с помощью объектива проецируется на пластину из светоцветного материала.

Под влиянием света на пластине возникает плоское распределение электронных зарядов соответствующее распределению света и тени в проекционно-оптическом изображении.

Электронный пучок из катода вызывает преобразование зарядного изображения мишени в ток, зависящий от эти зарядов, то есть от света, падающего в данном месте мишени.

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

Приборы для СВЧ делятся:

1) О – типа

2) М – типа

В приборах О-типа постоянное магнитное поле отсутствует или применяется только для фокусировки электронного потока.

Для приборов М-типа характерно наличие скрещенных, то есть взаимно-перпендикулярных постоянных электрических или магнитных полей. Именно совместное действие этих полей в значительной степени определяет траекторию движения электрона.

Первыми представлениями приборов О-типа являлся клистрон.

Основные типы клистронов

1) Пролетные (двух и многорезонаторные, пригодные для радиоаппараты с генерацией и усиления колебаний).

2) Отражательные (однорезонаторные, работают в качестве генераторов)

К приборам О-типа относятся ЛБВ (лампы бегущей волны), ЛОВ (лампы обратной волны). Существуют и М-типа ЛВБ и ЛОВ.

Первым в истории прибором М-типа являлся магнетрон.

В последнее время разработаны М-типа: 1) амплитроны, 2) стабилитроны.

Магнетроны

Они используются для генерации колебаний СВЧ большой мощности. Применяются в передатчиках радиолокационных станций, ускорителях заряженных частиц, для высокочастотного нагрева. Широкое применение получили многорезонаторные магнетроны.

Устройство магнетрона.

Они представляют собой диод с анодом особой конструкции. Катод – оксидный, подогревный с большой площадью поверхности. На торцах катода расположены диски, препятствующие движению электронов вдоль оси. Анод сделан в виде массивного медного блока. Вакуумное пространство между анодом и катодом называется пространством взаимодействия. В толще анода расположено четное число резонаторов, представляющих собой цилиндрические отверстия, соединенные щелью с пространством взаимодействия. Щель выполняет функцию конденсатора.

На поверхности щели образуются переменные электронные заряды, а в самой щели возникает электрическое поле. Индуктивностью резонатора служит цилиндрическая поверхность отверстия, которая эквивалентна одному витку. В некоторых типах магнетронов резонаторы делают в виде щели с глубиной в четверть волны. Все резонаторы магнетрона сильно связаны друг с другом, т.к. переменный магнитный поток одного резонатора замыкается через соседние резонаторы.

Кроме того резонаторы соединяют друг с другом посредством проводов, называемых связками. Наружная часть анода обычно делается в виде ребристого радиатора для лучшего охлаждения. С боковых сторон к аноду припаяны медные диски, образующие вместе с анодом баллон, необходимый для сохранения вакуума. Выводы от подогревателя проходят в стеклянных трубках, связанных с анодом, а катод подключен к одному из выводов подогревателя.

Рассмотрим случай движения электронов в магнетроне, предполагая, что колебаний в резонаторе нет. Для упрощения изобразим анод без щелей.

Под влиянием ускоряющего электрического поля электроны стремятся лететь по силовым линиям по радиусам к аноду. Но как только они набирают некоторую скорость, магнитное поле начинает искривлять их траекторию. Т.к. скорости электронов увеличиваются, то радиус искривления постепенно увеличивается. На рисунке показаны траектории движения электронов для разных значений магнитной индукции. Если В =0, то электрон полетит по траектории 1. При В < B кр электрон полетит к аноду по 2. Если В = B _кр, то по 3, если В>B кр, то по 4.

Магнетроны работают при индукции, немного большей B кр. Траектория движения близка к 3.

Т.к. движется большое число электронов, то вокруг катода вращается объемный заряд в виде кольца – электронное облако. Электроны не находятся в нем постоянно: некоторые возвращаются на катод, а на их место вылетают новые электроны.

Скорость вращения облака зависит от анодного напряжения, с возрастанием которого электроны пролетают около анода с большей скоростью.

Чтобы электроны не попадали на анод, нужно увеличить магнитную индукцию В. Электрический заряд взаимодействует с переменными электрическими полями резонатора и поддерживает в них колебания. Этот процесс приближенный.

Выясним сначала, как возникают колебания в резонаторе. Т.к. все резонаторы связаны друг с другом, то они представляют собой сложную систему, имеющую несколько собственных частот. Когда электронный поток начинает вращаться около щелей резонаторов, в них появляются импульсы наведенного тока, и возникают затухающие колебания. Они могут иметь разную частоту и фазу. Основной тип колебаний, дающий наибольшую полезную мощность и высокий КПД (колебания в соседних резонаторах с фазовым сдвигом 180º).

Это изображение силовых линий переменных электрических полей для таких колебаний и знаки переменных потенциалов на сегментах анода, а также направления токов, протекающих по поверхности резонатора. Переменное электрическое поле сортирует электроны на полезные и вредные, причем вредные электроны удаляются из пространства и возвращаются на катод.

Для электронов, движущихся по часовой стрелке, электрическое поле для резонаторов 1и 2 является ускоряющим, а для 2 и 4 – тормозящим. Через ½ периода поля поменяются местами. На рисунке показаны поля двух электронов. Электрон А попадает в ускоряющее поле и отбирает энергию от резонатора, т.е. представляет вредный электрон. Он пролетает далеко от щели и возвращается на катод. При наличии одного постоянного поля электрон летел бы по траектории, показанной штрихами, но поле резонатора 1 усиливает искривление пути электрона и усиливает энергию: он преодолевает действие постоянного поля и возвращается на катод. Вредные электроны бомбардируют катод и увеличивают его нагрев. Чтобы понизить нагрев катода уменьшают напряжение накала. Более сложным оказался путь полезного электрона Б, попавшего в тормозящее переменное поле резонатора 2. такой электрон отдает часть своей энергии резонатору и не имеет энергии, достаточной для того, чтобы вернуться на катод. Он теряет полностью свою энергию в пространстве взаимодействия, не долетая до катода, а затем снова ускоренно летит к аноду, и траектория его искривляется. Если в магнетроне правильно подобрать U_A, то время пролета полезного электрона от одной щели до другой составляет ½ периода. У щели 3 электрон опять оказывается в тормозящем поле, т.к. через ½ периода ускоряющее поле становится тормозящим. Отсюда следует, что электрон опять отдаст часть энергии резонатору, и еще меньше будет его путь к катоду. В конце израсходовав всю энергию, электрон попадает на анод. передача электронами энергии резонатора способствует модуляции электронного потока. В результате скоростной модуляции и изменения траектории электронов, электронное облако из кольцевого превращается в зубчатое.

Число электронных спиц равно половине числа резонаторов. Спица – это сгустки электронного потока, между ними находятся разряженные области. При правильном режиме магнетрона электронное облако вращается с такой скоростью, что спицы проходят мимо щелей, когда там существует тормозящее поле. А промежутки – через ускоряющее поле. В итоге происходит отдача электронным облаком энергии резонаторам и потеря энергии на разогрев катода и анода от бомбардировки электронами. Вся энергия потребляется от анодного источника. Магнитная индукция связана с U_A формулой

,

b – постоянная величина,

,

N – число резонаторов, В – индукция, а – коэффициент зависимости от конструкции, f – частота.

Из формул видно, что для более высоких частот нужно иметь большее число резонаторов с большими B и U_A.

Дата добавления: 2014-01-06