пользовании лампы как обычного пентода, у которого третья сетка соединена с катодом; Ua3 зап — напряжение запирания по третьей сетке. Если двойную амплитуду напряжения гетеродина сделать рав ной L'C3 зап, то согласно рис. 5.8
|
kД.у |
|
^ас ю |
|
|
|
2Urm |
|
|
и в соответствии с (5.13) |
_1_ |
|
|
|
-'пр |
•'асю* |
(5.14) |
|
4 |
|
|
|
Так же как и /гд-у, величина 5 пР зависит от значения напряжений электродов. Зависимости 5 пР = f (UC1) и 5 пр= / (UC3) по характеру изменения похожи на соответствующие зависимости статической кру тизны 5 аСГ
ГЛАВА 6
РАБОТА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ ПРИ МАЛЫХ УГЛАХ ПРОЛЕТА
§ 6.1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ
На частотах, больших нескольких мегагерц, на работу электронных ламп начинает влиять ряд факторов, которые при более низких часто
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тах практически не играли роли и поэтому до сих |
пор не рассматрива |
|
|
лись. Действие одних из |
этих факто |
|
|
ров |
эквивалентно |
действию |
сопро |
|
|
тивлений, включенных последователь |
|
|
но в |
цепь |
электродов ламп, дру |
|
|
гих — действию проводимостей, шун |
|
|
тирующих |
их |
|
междуэлектродные |
|
|
промежутки. |
Эти эквивалентные соп |
|
|
ротивления |
и |
проводимости |
имеют |
Рнс. 6.1. Зависимость |
выходной |
в значительной |
|
степени |
активный |
характер |
и |
тем |
самым |
ухудшают |
мощности триода от |
частоты |
эффективность работы лампы. |
Вели |
|
|
чина их |
возрастает с ростом |
часто |
ты, в результате чего лампа, начиная от некоторого предельного зна чения частоты, практически становится неработоспособной (рис. 6.1). Этот предел зависит от конструкции лампы и для наиболее «высокочас тотных» ламп лежит около 10 ГГц (к—3 с м ). Работа на еще более высо ких частотах требует применения электронных приборов, основанных на другом принципе действия, чем лампы, рассматриваемые здесь.'
Основные факторы, ухудшающиеработу электронных ламп на сверхвысоких частотах, следующие:
1) междуэлектродные емкости;
2) индуктивности выводов;
'3) время пролета электронов;
4)поверхностный эффект;
5)диэлектрические потерн.
Рассмотрим влияние каждого фактора в отдельности.
1. Влияние междуэлектродных емкостей на работу ламп при свер высоких частотах в принципе такое же, как и при более низких, только оно возрастает с ростом частоты. Роль междуэлектродных емкостей,
отдельно взятых, уже подробно разбиралась при анализе работы ламп на высоких частотах; о влиянии их в совокупности с индуктивностями вводов будет сказано дальше.
2. Вводы ламп, не предназначенных специально для работы на СВЧ, обычно представляют собой прямолинейный провод круглого сечения. Индуктивность такого ввода при высоких частотах с доста точной для практических целей точностью определяется выражением
[Л.6. И
L = 2/(ln ~ — |
l) . 10"7 [Г], |
(6.1) |
где I — длина ввода; м; d — диаметр |
ввода, м, |
|
в)
Рмс. 6.2. К определению резонансной частоты лампы:
а — гхема генератора па триоде с учетом индуктивностей вводов п междуэлектродных емкостей; б — то же, при замкнутых накоротко внешних кон турах; в — тоже, что и б, но после преобразования включения индуктивное* тей звездой в включение треугольником
Индуктивность ввода стеклянной лампы обычной конструкции в большинстве случаев — порядка 1СГ8 Г. Наличие таких индуктивнос тей в цепях электродов имеет следующие последствия.
а. Индуктивности вводов в совокупности с междуэлектродными емкостями уменьшают входное и выходное сопротивления лампы. Осо бенно вредно уменьшение входного сопротивления. В случае усилитель ной лампы это приводит к тому, что с ростом частоты на управление лампой требуется входной сигнал все возрастающей мощности, а в случае автогенератора, — что с ростом частоты все большая доля ге нерируемой высокочастотной мощности передается из выходной цепи обратно во входную.
Вопрос о входном сопротивлении будет рассмотрен подробнее в
§ 6.3.
б. Индуктивности вводов в совокупности с междуэлектродными ем костями создают колебательные контуры, которые делают невозмож ной работу ламп на частотах выше определенного предела. На рис. 6.2,а приведена схема триодного генератора, собранного по схеме с общей сеткой, о учетом индуктивностей вводов и междуэлектродных емкостей. Рабочая частота генератора, равная резонансной частоте контуров, определяется выражением
1
где L и С — индуктивности и емкости каждого из контуров с учетом собственных индуктивностей и емкостей лампы. Наиболее высокая частота генерации, очевидно, получится, если L и С будут иметь наи меньшие возможные значения, т. е. если закоротить контуры во внеш них цепях электродов лампы (рис. 6.2,6). Если преобразовать звезду индуктивностей, образовавшуюся теперь вокруг точки О, в треуголь ник (рис. 6.2,в),,то колебательная система генератора распадается на три независимых друг от друга так называемых п а р ц и а л ь н ы х к о н т у р а , резонансную частоту которых легко определить. Частота возбуждающихся в генераторе колебаний, очевидно, будет определять ся резонансной частотой колебательной системы в целом, которая, как показывается в теории двухполюсников (см., например, [Л.6.2]), лежит между резонансными частотами парциальных контуров. Резо нансная частота, соответствующая совокупности собственных индук
тивностей |
и емкостей лампы, называется р е з о н а н с н о й ч а |
с т о т о й |
лампы. Выше этой частоты лампу практически использовать |
нельзя. Как легко установить по численным значениям индуктивностей вводов и междуэлектродных емкостей, резонансная частота триодов с проволочными вводами обычно лежит в пределах 150 ч- 600 МГц.
в. При высоких частотах реактивные сопротивления индуктивнос тей вводов toL становятся значительными. Так, например, при L = = 2 -10-8 Г и / = 300 МГц значение со L уже составляет ~40 Ом. Реак тивные сопротивления индуктивностей оказываются включенными по следовательно в цепи электродов и тем самым действуют так же, как сопротивления нагрузки (рис. 6.3). Вследствие этого потенциалы даже тех электродов, в цепях которых не содержится внешней нагрузки, при подаче переменного сигнала на управляющую сетку больше не остаются постоянными. Это особенно важно в отношении экранирую щей сетки, так как за счет этого она в значительной степени теряет свое экранирующее действие. Поэтому практически не имеет смысла приме нять экранированные лампы с проволочными вводами на частотах вы ше 100—150 МГц.
г. Индуктивность ввода общего электрода входит во входную и вы ходную цепи лампы и таким образом создает обратную связь между эти ми цепями (ср. рис. 6.2,а, индуктивность Lc).
3. С ростом времени пролета снижается входное сопротивление лампы. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в 6.3.2,
4. Поверхностный эффект в своем действии эквивалентен наличию дополнительных сопротивлений в цепях электродов. В схеме рис. 6.3 он учтен сопротивлениями R a, Rc и R K. Величина их растет с частотой.
5. Диэлектрические потери имеют место в стекле или керамике оболочки на участках между вводами и в слюдяных пластинах, фикси рующих взаимное расположение электродов. Их действие эквивалентно наличию между вводами лампы сопротивлений, шунтирующих ее
междуэлектродные |
промежутки (сопротивления RaK, Rac, RCk, |
рис. 6.3). Величина |
их с ростом частоты уменьшается.' |
Рис. 6.3, Условное обозначение _лампы с ука занием сопротивлений и проводимостей, прояв ляющихся при работе ее на СВЧ
Какой из перечисленных факторов оказывает решающее влияние на значение частоты, до которого можно использовать лампу, зависит главным образом от ее конструкции. У ламп с проволочными вводами предельная частота определяется в основном индуктивностями вводов и междуэлектродными емкостями и поэтому обычно близка к резонанс ной частоте лампы. У ламп специальной конструкции, имеющих вводы с малой индуктивностью и предназначенных для сочленения с объемны ми резонаторами, предельная частота определяется пролетными явле ниями.
§ 6.2. ТОК ДИОДА С УЧЕТОМ ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА ЭЛЕКТРОНОВ
6.2.1. Наведенный ток
Рассмотрим процессы, протекающие в плоском диоде с постоянным анодным напряжением, при передвижении в его междуэлектродном пространстве электрического заряда в виде облака свободных электро нов (рис. 6.4,а). Пусть облако имеет вид тонкого плоского слоя, па раллельного поверхности электродов, и находится к моменту включе ния анодного напряжения у поверхности катода. При включении нап ряжения оно начнет равномерно ускоренно передвигаться в сторону анода. Установим, как во время его движения будут изменяться ток во внешней цепи диода и токи, соответствующие прохождению
облака через поперечные сечения |
междуэлектродного пространст |
ва, расположенные на различных |
расстояниях от катода. Через |
10* |
275 |
плоскость непосредственно перед катодом облако пройдет сразу же после включения напряжения. Кривая соответствующего тока имеет форму прямоугольного импульса, площадь которого равна заряду облака q (рис. 6.4,6). В плоскости на расстоянии х от катода импульс будет регистрироваться позже на промежуток времени, необходимый электронам для прохождения пути х. В связи с возросшей скоро стью передвижения облака он будет больше по амплитуде и мень ше по длительности чем около катода, но так, чтобы площадь под ним оставалась равной площади импульса перед катодом (рис, 6.4,б).
Рис. 6.4. Конвекционные и наведенные токи в диоде:
а — схема включения диода-с обозначением плоскостей |
регистрации конвек |
ционного тока; б — конвекционный ток в плоскости /; |
в — конвекционный |
ток в плоскости 2] г — конвекционный ток перед анодом; 0 — наведенный |
ток; т — время.пролета электронов |
|
К аноду импульс придет с отставанием на величину времени пролета электронов т, имея еще большую амплитуду и меньшую длительность (рис. 6.4,а). Во внешней цепи лампы во время движения облака непре рывно протекает ток, мгновенное значение которого со временем ли нейно нарастает. Здесь, таким образом, получается импульс пилооб
разной формы с длительностью т и такой же площадью, |
как у осталь |
ных импульсов (рис. 6.4,5). Как следует из |
рисунка, |
кривые токов |
в поперечных сечениях междуэлектродного |
пространства и тока во |
внешнем проводе имеют совершенно различный вид. Соответственно их и называют по-разному. Токи, характеризующие непосредственно передвижение (конвекцию) свободных зарядов в междуэлектродном про странстве, называются к о н в е к ц и о н н.ы м и. Ток, появляющийся во внешней цепи электродов при наличии в междуэлектродном прост ранстве конвекционного тока, называется н а в е д е н н ы м . Такое название обусловлено следующим. Когда в пространство между двумя или несколькими электродами вносится электрический заряд, на элект родах, согласно закону электростатической индукции, наводятся заря
