Путь «вредного» (а) и «полезного» (б) электрона в магнетроне при колебаниях в резонаторах
Взаимодействие электронов с переменным электрическим полем таково, что при правильном режиме электронный поток отдает полю больше энергии, чем отбирает от него. Это именно и нужно для превращения возникших в резонаторах колебаний в незатухающие.
Передаче энергии от электронного потока в резонаторы способствуют следующие явления:
- переменное электрическое поле как бы сортирует электроны на «полезные» и «вредные»,
- причем «вредные» электроны быстро удаляются из пространства взаимодействия, возвращаясь на катод.
Рассмотрим этот процесс:
Для электронов, движущихся по часовой стрелке электрические поля
резонаторов 1, 3, ...— ускоряющие
поля резонаторов 2, 4, ... — тормозящие
Через полпериода эти поля поменяются местами. На рисунке показаны траектории двух электронов.
Электрон А попадает в ускоряющее поле и отбирает энергию от резонатора, т. е. представляет собой «вредный» электрон, но он пролетает далеко от щели резонатора и возвращается на катод.
«Вредные» электроны бомбардируют катод и увеличивают его нагрев.
С этим явлением в магнетронах приходится считаться. Для того чтобы не было перекала катода, во время работы магнетрона обычно уменьшают напряжение накала. Кроме того, поверхность катода необходимо делать более прочной, чтобы предотвратить ее разрушение ударами электронов.
Более сложным оказывается путь «полезного» электрона Б, попавшего в тормозящее переменное поле резонатора 2. Такой электрон отдает часть своей энергии резонатору и уже не имеет энергии, достаточной для того, чтобы вернуться на катод.
Он теряет полностью свою энергию в какой-то точке пространства взаимодействия, не долетев до катода, а затем снова ускоренно летит к аноду, и одновременно траектория его искривляется под действием магнитного поля.
Если в магнетроне правильно подобрано анодное напряжение и магнитная индукция, то время пролета «полезного» электрона от одной щели до другой составляет полпериода. Такой электрон, приблизившись к щели резонатора 3, опять окажется в тормозящем переменном поле, так как через полпериода у этого резонатора ускоряющее поле изменится на тормозящее. Следовательно, электрон снова отдаст часть энергии резонатору и проделает еще меньший путь по направлению к катоду. В конце концов, израсходовав значительную часть энергии, электрон попадает на анод.
Москва 2012