4. Особенности работы и конструкции электронных ламп со статическим управлением электронным потоком в диапазоне свч. Влияние инерционных свойств электронного потока на работу электронных ламп

Статическое (сеточное) управление электронным потоком используется в обычных электронных лампах (триодах, тетродах и т.д.). При статическом управлении плотность электронного потока меняется под действием переменного напряжения на управляющей сетке лампы, которое определяет количество электронов, уходящих из прикатодной области, т.е. катодный ток лампы. При этом сетка, находясь под отрицательным потенциалом, не

перехватывает электроны, т.е. управление током не требует затраты мощности в сеточной цепи. С увеличением рабочей частоты работа электронных ламп ухудшается: резко снижается выходная мощность, падает коэффициент усиления, возрастает склонность к самовозбуждению и т.п. С увеличением частоты происходит возрастание индуктивного сопротивления выводов лампы и емкостной проводимостимеждуэлектродных зазоров (= ωL, а= ωC). Это приводит к уменьшению напряжения входного сигнала на управляющей сетке и напряжения на нагрузке лампы, так как нагрузка шунтируется емкостной проводимостью зазора анод-катод. Величина проходной емкости Сас определяет величину предельного коэффициента устойчивого усиления на электронной лампе:, гдеS- крутизна лампы. Междуэлектродные емкости и индуктивности выводов изменяют параметры колебательных систем, подключенных к лампе, в результате уменьшается собственная частота этих колебательных систем, становится невозможной настройка их на частоту выше некоторой предельной. Вследствие скин-эффекта с ростом частоты возрастают активные потери в выводах ламп, увеличиваются также диэлектрические потери и потери на излучение. Вследствие того, что электроны имеют массу, они не могут мгновенно пролетать расстояние между электродами лампы. При значительном увеличении частоты время пролета электронов в промежутке между электродами может оказаться сравнимым с периодом переменного напряжения Т и больше его. В этом случае напряжение между электродами за время пролета электрона сильно изменится, что вызывает отставание по фазе тока от напряжения. Для сравнения времени пролета t с периодом Т используют понятие угла пролета: Q = 2πτ/T = 2πfτ = ωτ (радиан). Угол пролета показывает изменение фазы переменного напряжения, приложенного к электродам, за время пролета электронами между этими электродами. Полный ток во внешней цепи представляет собой сумму наведенного и емкостного токов во внешней цепи: , где- наведенный ток, обусловленный движением всех зарядов, находящихся в междуэлектродном промежутке. Эффективность работы можно повысить, уменьшив пролетные углы, междуэлектродные емкости, индуктивности выводов, снизив диэлектрические потери в электродах лампы. Очевидным путем уменьшения пролетных углов является сближение электродов и повышение напряжений на них. Однако уменьшение междуэлектродных расстояний приводит к нежелательному увеличению междуэлектродных емкостей. Это обстоятельство заставляет значительно уменьшать площади электродов, что приводит к уменьшению средней мощности ламп. Индуктивности выводов могут быть значительно уменьшены при использовании массивных дисковых выводов, сочленяемых непосредственно с колебательными контурами, выполненными в виде отрезков коаксиальных линий. Это позволяет одновременно уменьшить потери на излучение. Рассмотренные конструктивные меры используются в лампах диапазона СВЧ, называемых металлокерамическими. В диапазоне СВЧ используются триоды и тетроды, включаемые в схему с общей сеткой. Металлокерамические триоды могут работать на частотах до 10 ГГц, однако выходная мощность и КПД имеют на этих частотах небольшое значение. Основное применение получили мощные триоды с принудительным охлаждением, работающие в длинноволновой части диапазона дециметровых волн. Получили распространение тетроды, у которых резонансные системы располагаются в вакуумной оболочке лампы, так называемые резнатроны (резонансные тетроды). Резнатроны используются для генерирования больших мощностей, достигающих сотен киловатт в дециметровом диапазоне. Низкий коэффициент усиления является главным недостатком всех СВЧ электронных приборов с электростатическим управлением электронным потоком. Триоды и тетроды СВЧ используются в выходных каскадах радиолокационных и телевизионных передатчиков дециметрового диапазона. Важным достоинством СВЧ триодов и тетродов являются сравнительно малые масса и габариты, низкие питающие напряжения.