Основная часть

1. Особенности работы ламп со статическим управлением

Согласно международному регламенту к диапазону сверхвысоких частот (СВЧ) относятся колебания сантиметровых длин волн (l=1 - 10см). Однако исторически сложилось так, что в диапазон СВЧ включаются кроме сантиметровых, колебания дециметровых, миллиметровых и еще более коротких длин волн.

В диапазоне СВЧ размеры элементов и устройств оказываются сравнимыми с длиной волны, а иногда и много большими её. В этом случае необходимо учитывать эффект запаздывания электромагнитных волн, теряют смысл понятия сосредоточенной индуктивности, емкости, сопротивления; напряжение и ток становятся понятиями неоднозначными. Все это заставляет по-новому подходить к задаче создания электронных приборов.

С переходом к сверхвысоким частотам существенно затрудняется, а затем делается невозможным применение электровакуумных приборов с электростатическим управлением.

В диапазоне СВЧ время пролета электронов между электродами становится соизмеримым с периодом СВЧ колебаний. В результате одного этого фактора - заметной инерции электронов - ток во внешней цепи отстает от управляющего напряжения и лампа перестает быть безынерционным прибором.

В результате этого в сеточной цепи появляется активная составляющая тока, вызывающая активную составляющую входной проводимости лампы, увеличивающуюся с ростом частоты. Это свидетельствует о том, что лампа потребляет энергию высокочастотного входного сигнала. Кроме потерь входного сигнала инерция электронов приводит к увеличению собственных шумов лампы.

В диапазоне СВЧ весьма сильное влияние на работу лампы оказывают междуэлектродные емкости и индуктивности выводов электродов. В совокупности они образуют сложные колебательные системы, величина реактивностей которых между электродами резко меняется по диапазону. Это приводит к узкополосности усилителей, к затруднению перестройки частоты генераторов, увеличивает активную входную проводимость лампы. Дополнительные потери мощности входного сигнала уменьшают усиление каскада и его к.п.д.

Все указанные выше факторы ограничивают верхний предельный диапазон частот, до которого лампы с электростатическим управлением еще могут удовлетворительно работать. В диапазоне СВЧ преимущественно используются триоды, реже тетроды.

Увеличение предельной частоты ламп с электростатическим управлением достигается уменьшением времени пролета электронов за счет уменьшения межэлектродных расстояний. В некоторых лампах расстояние катод-сетка составляет несколько микрометров.

Для обеспечения возможности работы ламп СВЧ при более высоких температурах, а также для уменьшения диэлектрических потерь их баллоны и арматура выполняются из специальной керамики. Уменьшение индуктивности выводов достигается применением кольцевых и дисковых выводов, а в тех случаях, когда используются стержневые выводы, - уменьшения их длины и увеличением диаметра.

Рациональные конструкторские решения позволяют лампам с электростатическим управлением работать на частотах до единиц гигагерц.

Основные достоинства ламп СВЧ: простота конструкции, малые габариты и вес, сравнительно низкие напряжения питания.

Недостатки - небольшой коэффициент усиления (до 10дБ) и сравнительно малый срок службы (около 1000 час).

Примерами таких ламп являются:

- металлокерамические триоды ГИ-15Б, ГС-4В, ГС-14(Р-409);

- металлокерамический тетрод ГС-15Б(Р-409).

Таким образом, существенная часть задач, стоящих перед техникой СВЧ не может быть решена при помощи ламп с электростатическим управлением. Решение этих задач стало возможным в результате создания электровакуумных приборов СВЧ, работающих на принципе динамического управления потоком электронов и использования заведомо большого времени их пролета.