4. Режим работы.

На рис. 6.3 показано, что сгустки электронов пролетают зазор резонатора в максимально тормозящем поле, т. е. Точно выполняется условие самовозбуждения, если среднее пролётное время центра группирования равно и т. д. или

(1)

где n = 1,2,3… - целое положительное число.

Пролётное время центров группирования не зависит от амплитуды переменного напряжения, а определяется лишь величинами ускоряющего и тормозящего постоянных полей. Если, например, плавно изменять напряжение на отражателе от нуля до , то будет плавно изменяться пролётное время от наибольшей величины до наименьшей. Очевидно, генерация невозможна, если сгустки электронов будут попадать в ускоряющее поле и отбирать энергию резонатора. Следовательно, существует несколько значений пролётного времени, при которых возможна генерация, т. е. Существует ряд режимов работы или ряд зон. Зонам присваиваются номера в соответствии с уравнением (1). При зона называется первой, при – второй и т.д. Формирование одного сгустка электронов при работе в различных зонах показано на рис. 6.4.

М

Рис. 6.4.

ощность колебаний в резонаторе имеет наибольшее значение, если сгустки электронов испытывают большее торможение, т. е. Точно выполняется условие (1). Если пролётное время окажется несколько другим, чем определено уравнением (1) для данной зоны сгустки будут испытывать меньшее торможение и колебательная мощность уменьшится. Следовательно, мощность колебаний в каждой зоне изменяется от нуля до максимального значения (рис. 6.4).

При изучении процессов, происходящих в клистроне, более удобно оперировать не с пролётным временем, а с пролётным углом , где  – угловая частота генерируемых колебаний. Расчёты показывают, что пролётный угол можно определить по формуле

, (2)

где – длина волны генерируемых колебаний;

– расстояние от сетки С₂ до отражателя;

– расстояние между сетками С₁ и резонатора.

В формуле (2) первое слагаемое

есть угол пролёта от сетки С₂ к отражателю и обратно, а второе

угол пролёта между сетками резонатора. Этот угол входит в условие самовозбуждения, так как он имеет большое значение для модуляции скорости электронов. Если, например, , то эффективность модуляции скорости полностью теряется и генерация невозможна. Поэтому должен быть возможно меньшим, однако нижний предел тоже ограничен. Существует оптимальный пролётный угол, обеспечивающий получение максимальной мощности. Этот угол определяется из соотношения

т. е.

Умножив уравнение (1) на и подставив его правую часть в (2) вместо , получим следующее условие самовозбуждения клистрона:

(3)

Из уравнения (3) видно, что рабочие зоны могут быть получены при плавном изменении любой из величин, входящих в его левую часть. Обычно на практике клистрон работает при постоянном значении , а необходимая зона устанавливается подбором. Изменяя U₀ можно получить несколько (5-7) зон. В одной из этих зон мощность наибольшая.

При заданном максимальное значение колебательной мощности в зоне определяется степенью сгруппирования электронов. Наибольшая мощность получается во второй или третьей зоне. С увеличением номера зоны мощность , достигнув наибольшего значения, уменьшается. Это объясняется тем, что, чем больше пролётное время, тем при меньшем напряжении на сетках получается хорошее группирование электронов.

Величина генерируемой мощности также зависит от нагрузки. Существует оптимальное значение нагрузки, при которой генерируемая и выходная мощности клистрона имеют максимальные значения.

5. Задание к работе

1.Ознакомиться с макетом для исследования основных характеристик отражательного клистрона. Определить назначение каждого из приборов и ручек управления на передней панели макета.

2.Изучить области возбуждения отражательного клистрона в режиме непрерывных колебаний – снять зависимости тока в цепи детектора от напряжения на отражателе для различных постоянных напряжений на резонаторе. По полученным данным построить графики.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Задание по данной работе.

3. Схему измерительной установки.

4. Таблицы экспериментальных данных.

5. Графики зависимости тока детектора от напряжения на отражателе для различных зон генерации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассказать устройство и принцип работы отражательного клистрона.

2. Что называется скоростной модуляцией электрона?

3. Что называется группированием электронов?

4. Вокруг каких электронов происходит группирование в отражательных клистронах?

5. Что называется углом пролёта электронов?

6. Каким должен быть угол пролёта электронов, чтобы мощность колебаний в зоне была максимальной?