5.2. Особливості генерації на надвисоких частотах.

Умови переміщення носіїв заряду в активних елементах генерато­рів різні. В транзисторах електрони переміщуються в кристалічній ґратці твердого тіла І із-за кінцевого часу прольоту заряду через базу чи канал струм колектора истока) відстає по фазі від струму емітера (витока). З підвищенням частоти коефіцієнт передачі струму зменшується. Тому напівпровідникові прилади мають один з основних показників - граничну частоту використання цих приладів по струму (цих показників може бути декілька), які характеризують частотні можливості транзисторів (наприклад, максимальна частота генерації). Сучасні біполярні і польові транзистори задовільно працюють на частотах одиниць ГГц. Подальше підвищення частоти генерації досягається в електронних приладах з динамічним управлінням, прийому в результаті взаємодії електронного потоку з електронним полем коливальної системи проходить модуляція потоку по швидкості, що в подальшому при русі електронів приводить до модуляції їх по густині.

Розглянемо на прикладі електронного приладу вплив часу прольоту електронів в просторі анод-катод із-за кінцевої швидкості електрон пролітає відстань від катода до аноду за деякий кінцевий час. На низьких частотах цей час буде набагато меншим періоду коливання управління на сітці, тому електрони, які вилетіли з катода, за час позитивного напівперіоду, долітають до аноду, створюючи анодний струм.

На рисунку 5.1 показані приблизні траєкторії руху електронів при синусоїдальній напрузі на сітці лампи.

З цього рисунку видно, що за рахунок кінцевого прольоту електронів від катода до аноду вони не встигають за період позитивної напруги на сітці полетіти до аноду: Тому інерційність руху електронів суттєво впливає на роботу лампи. Так, за час переміщення електрона від катоду до анода їх густина значно змінюється за той період, поки діє позитивна напруга . Це зручно зобразити на просторово-часовій діаграмі (ПЧД), яка дає наявну картину про фізичні процеси в лампі на НВЧ. По вертикалі тут зображені відстані між електродами лампи, а по горизонталі - час прольоту електронів. лінії зображають рух електронів. З рисунку 5.3 видно, що на НВЧ не всі електрони, які вилітають до аноду, досягають його. Частина їх підлітають до сітки, коли полярність напруги управління на сітці змінилась , І електрони повертаються на катод. В результаті форма Імпульсу анодного струму спотворюється І перша гармоніка в ньому зменшується. Початок Імпульсу анодного струму запізнюється по часу, з'являється зсув по фазі між напругою управління І першою гармонікою анодного струму. Всі ці явища проявляються тим1 сильніше, чим вище частота напруги управління.

Рис. 5.3. Просторово-часова діаграма І струми періоду.

при негативній напрузі на сітці лампи, тобто, навіть в тому випадку, коли електрони не попадають на сітку, в лампі є сітковий струм , який збільшує її вхідну провідність. Високочастотна потужність, яка потрачена на повернення електронів на катод, в деяких випадках приводить до значного його розігріву. Прагнення

підвищити вхідний опір лампи привело до створення ряду спеціальних конструкцій НВЧ-лампи.

Одначе в області сантиметрових хвиль використовуються спеціальні електронні прилади, які мають другий (динамічний) принцип управління електронним потоком. В цьому діапазоні необхідно враховувати, що катод випускає основну масу електронів при відкриванні, а не в той проміжок часу, коли напруга управління має позитивну полярність . При цьому емісія катоду лампи повинна забезпечити необхідну густину електронного потоку.