Элементы конструкций триодных генераторов и усилителей.

В триодных генераторах и усилителях основное применение пошли паяние резонаторы типа коаксиальной линии, нагруженной на межэлектродную емкость лампы.

Возможно различное расположение резонаторов, обеспечивающее подачу трех напряжений питания: сеточного смещения, анодного напряжения и напряжения накала (рис 3.11), где

Рис 3.11

1 – катодно-сеточный резонатор

2 – анодно-сеточный резонатор

3 – короткозамыкающий поршень с разделительными конденсаторами

4 – вывод анода

5 – вывод катода

6 – вывод сетки

7 – блокировочный конденсатор.

Если триод работает как усилитель, входной сигнал подается в катодно-сеточный резонатор, а выходной снимается из-за анодно-сеточного резонатора, обратная связь в автогенераторе осуществляется через штыри связи (рис 3.12), или петли связи (рис 3.13) или отверстия в общей стенке резонаторов.

Рис. 3.12. Рис. 3.13

Резонаторы используются обычно внешние.

Конструкции триодов метало – стеклянные и метало - керамические.

Высокочастотные выводы имеют форму металлических дисков или цилиндров, к которым с помощью пружинящих контактов подключаются наружные не вакуумные участки полых резонаторов. В некоторых случаях в состав лампы включаются специфические детали, относящиеся к резонаторной системе – разделительные конденсаторы и элементы обратной связи.

Метало-керамическая лампа малой мощности имеет конструкцию рис 3.14

Рис 3.14

Разработаны и значительно более мощные метало – керамические триоды СВЧ с жидкостным охлаждением, способные работать на частотах 400-600 МГц в непрерывном режиме при мощности до 300 кВт и в импульсном режиме при мощности до 5 МВт. КПД таких триодов на рабочей частоте доходит до 60%. Однако коэффициент усиления триодов работающих в схеме с общей сеткой удается сделать выше 10-15 дБ.

3.10. Особенности работы триодов СВЧ в режиме больших амплитуд.

В зависимости от величины постоянного смещения на сетке U_co и амплитуды переменного напряжения U_c1 конвекционный электронный ток i_a, поступающий в пространство сетка-анод при низких частотах изменяется во времени как показано на рис. 3.15

Рис 3.15

В режиме больших амплитуд (классе С) метод электростатического управления позволяет получать импульсы конвекционного тока в виде отсеченных снизу участков косинусоиды. Уменьшая угол отсечки путем увеличения сеточного смещения U_co и повышения амплитуды U_c1 можно получить ток в форме коротких импульсов, разделенных паузами. На низких частотах мощность от источника переменного напряжения практически не потребляется.

При рассмотрении пролетных явлений в пространстве сетка-катод в режиме большого сигнала будем использовать фиктивный угол пролета, определенный ранее для случая малых амплитуд. При углах пролета все электроны, выходящие из облака вблизи катода, достигают сетки и двигаются далее к аноду (рис 3.16).

Рис 3.16

группы электронов соответствующие интервалам времени, когда действующий потенциал в плоскости сетка положителен, образуют электронные сгустки при нормально действующем электростатическом управлении электронным потоком. С увеличением угла пролета появляется группа электронов, эмитированных в конце положительного полупериода, которые не долетев до плоскости сетки, возвращаются на катод (3.17). электрон типа 1 начинает свое движение в момент перехода управляющего напряжения U через нуль от тормозящего к ускоряющему полю. Этот электрон оказывается в переднем фронте сгустка, пересекающего плоскость сетки, и подходит к сетке в момент t1 со значительной скоростью. Электрон 4, вышедший из катода незадолго до конца того же полупериода, возвращается на катод. В момент удара 0 катод электрон имеет конечную кинетическую энергию. Таким образом, электрон типа 4, поглотивший часть энергии высокочастотного поля, рассеивает ее на катоде, что вызывает дополнительный разогрев катода. Существование группы электронов, возвращающихся на катод, что вызывает дополнительный разогрев катода. Существование группы электронов, возвращающихся на катод, принципиально отличает режим большого сигнала от режима малого сигнала.

Последним движение электрона типа 3, эмитированного из катода в момент максимального ускоряющего напряжения. Этот электрон может неограниченно долго колебаться в межэлектродном пространстве, возвращаясь к катоду с нулевой скоростью равно через триод высокочастотного напряжения. Анализ показывает, что при , половина эмитированных электронов, т.е. все электроны, вышедшие из катода во второй половине ускоряющего полупериода после электрона типа 3, не достигают сетки и возмущаются на катод.

Остальные электроны, эмитированные катодом в первой половине ускоряющего полупериода, поступают в пространство сетка-анод. Однако часть этих электронов пересекает плоскость сетки лишь после одного или нескольких колебаний в пространстве катод – сетка. Для иллюстрации таких электронов показан электрон типа 2, приближающийся к сетке в момент t2 со скоростью, стремящейся к нулю. С помощью рисунка можно качественно построить графики конвекционного тока и скоростей электронов, пересекающих плоскость сетки. Если отвлечься от рассмотрения многократных колебаний электронов, то длительность импульса конвекционного тока в плоскости сетки определяется моментами времени t1 и t2. Скорости электронов в сгустке оказываются различными, а разброс скоростей снижает КПД триода.

Рис 3.17

Из-за пролетных явлений импульса конвекционного тока отстают от управляющего напряжения по фазе. В усилителях это отставание не играет существенной роли. Однако в генераторе этот фазовый сдвиг играет существенную роль. Фаза обратной связи на СВЧ должна отличаться от и может приближаться к 2 . Опыт показывает, что в режиме больших амплитуд является предельным.

Остроконечные импульсы конвекционного тока, поступающие в пространство сетка-анод, наводят ток в анодной цепи лампы.

Влияние конечного времени пролета электронов в пространстве сетка анод приводит к расширению импульса наведенного тока в сравнении с импульсом конвекционного тока (рис 3.18).

Рис 3.18

Начало импульса, наведенного тока совпадает с моментом, когда начинают поступать первые электроны в пространство анод-сетка. Окончание импульса наведенного тока соответствует моменту, когда последние электроны сгустка достигают плоскости анода. Поскольку в режиме большого сигнала амплитуда переменного напряжения на аноде сравнима с постоянным напряжением, электроны в цепи сетка-анод получают лишь небольшое ускорение.

Поэтому графики движения электронов приобретают веерообразный вид. Растягивание импульса наведенного тока приводит к уменьшению его амплитуды, а также к уменьшению выходной мощности и КПД. Уже в длинноволновой части сантиметрового диапазона КПД не превышает 20-30%.

Дата добавления: 2015-07-12