Вопрос 53. Работа трехэлектродных ламп в СВЧ диапазоне.

Электронные лампы для СВЧ конструируются так, чтобы межэлектродные емкости и индуктивности выводов и расстояния между электродами были малыми. Принимаются также меры к уменьшению потерь энергии, в частности для баллона используется специальное стекло с малыми диэлектрическими потерями или радиокерамика. В генераторных лампах особое значение приобретает охлаждение анода и лампы в целом, так как из-за больших потерь энергии лампы сильно нагреваются.

Лампы дециметрового диапазона, конечно, могут работать на более длинных волнах, но для сантиметровых волн большинство их непригодно. Некоторые из пальчиковых и миниатюрных бесцокольных ламп применяются для генерации и усиления на дециметровых волнах (на частотах в сотни мегагерц).,

Для дециметровых и «длинных» сантиметровых волн сконструированы лампы с дисковыми и цилиндрическими выводами, имеющие в конце обозначения букву Д. Выводы электродов в виде цилиндров и дисков различного диаметра служат для соединения лампы с коаксиальными резонансными линиями или объемными резонаторами и являются частью той или иной колебательной системы. Впервые лампы такого типа были разработаны в СССР группой инженеров под руководством Н. Д. Девяткова. Примером таких ламп может служить металлостеклянный триод (рис. 24.10, а). В нем один из выводов подогревателя сделан общим с кольцевым выводом катода. Такой триод работает в генераторах на частотах до 3600 МГц и дает полезную мощность не менее 0,1 Вт. Конструкцию, аналогичную изображенной, имеют некоторые диоды.

Оригинальное устройство имеет «карандашный» триод (рис. 24.10,б), предназначенный для генерации колебаний мощностью до 5 Вт на частотах до 3000 МГц. Это металлическая лампа с цилиндрическими выводами анода и катода и дисковым выводом сетки. Выпущены также и другие «карандашные» диоды и триоды.

Значительный интерес представляет также сверхминиатюрный триод с цилиндрическими выводами (рис. 24.10, в). Он предназначен для усилительных каскадов по схеме с общей сеткой, служащих входными каскадами в приемниках СВЧ. Такая лампа относится к металлокерамическим приемно-усилительным лампам, для которых в качестве последнего элемента обозначения принята буква К. На предельной частоте 3000 МГц этот триод дает усиление мощности в 12 раз, а на частоте 1200 МГц — в 40 раз.

Рис. 24.10. Триоды для СВЧ: а — металлостеклянный; б — «карандашный»; в — сверхминиа-тюрный металлокерамический 1 — вывод анода; 2 — вывод сетки; 3 — вывод катода и подогревателя; 4 — вывод подогревателя

Некоторые лампы металлокерамической серии работают на частотах до 10000 МГц. В дециметровом диапазоне волн могут также работать сверхминиатюрные металлокерамические лампы (нувисторы).

Для более мощных генераторов и передатчиков, в частности для передатчиков, работающих с большой мощностью в импульсном режиме, применяются металлокерамические генераторные триоды, напоминающие по конструкции рассмотренные приемно-усилительные лампы и также предназначенные для соединения с коаксиальными колебательными системами. На рис. 24.11 показан внешний вид металлокерамической генераторной лампы и ее устройство. Рабочие поверхности катода, сетки и анода этой лампы имеют форму дисков, расположенных очень близко друг к другу. Иногда поверхность электродов несколько выгнута. Вывод от подогревного оксидного катода сделан в виде цилиндра, причем он одновременно служит и выводом одного конца подогревателя. Второй конец подогревателя имеет вывод внутри этого цилиндра. Вывод от сетки сделан также в форме цилиндра и является частью баллона лампы.

Анод изготовлен в виде массивного, цилиндра, и его верхняя часть припаяна к керамическому цилиндру, служащему частью баллона. С другой стороны этот керамический цилиндр спаян с выводом сетки. Между выводами сетки и катода также располагается керамическое кольцо. Спаи металла с керамикой представляют собой особенность металлокерамических ламп. В этих лампах применяется специальный керамический материал, дающий малые потери энергии на СВЧ. Для охлаждения анода используется ребристый радиатор, который навинчивается на штифт анода. Радиатор обдувается воздухом от вентилятора. Лампы этого типа могут работать и без радиатора, но тогда допустимая мощность рассеяния на аноде и наибольшая полезная мощность значительно снижаются.

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 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-g, как в обычных усилительных каскадах с общим катодом.

Рис. 24.12. Схема усилительного каскада с общей сеткой

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 R _вх = 1/5 = 0,2 кОм. Источник усиливаемых колебаний нагружается малым сопротивлением R _вхи должен расходовать значительную мощность. Несмотря на этот недостаток, схема с общей сеткой применяется часто, так как она работает устойчиво, без самовозбуждения.

Дата добавления: 2015-09-02