Устройство амплитрона схематически показано на рис. 4.25. Главными элементами конструкции амплитропа являются цилиндрический катод и анодный блок со связками, которые, как и в магнетроне, способствуют подавлению неосновных видов колебаний. Замедляющая система амплитропа разомкнута. Эффект размыкания возникает из-за разрыва связок, переходящих во входное и выходное устройства. В разрыве связок оказывается одна ячейка замедляющей системы, которую иногда называют «холостой» ячейкой. Чтобы исключить возможность самовозбуждения
на паразитном для амплитрона магнетронном -виде колебаний, число ячеек замедляющей системы всегда берут нечетным.
Направление постоянного магнитного поля выбирается таким, чтобы движение электронных сгустков происходило на встречу движению энергии высокочастотных колебаний в замедляющей системе. Как и в ЛОВ, при встречном движении поля и сгустков электронов в условиях равенства последние за все время взаимодействия находятся в тормозящей фазе СВЧ поля и отдают ему свою кинетическую энергию.
При анализе основных характеристик амплитропа как усилителя следует учесть ряд его особенностей. Одна из них состоит в том, что колебания сигнала совершают примерно один оборот, распространяясь вдоль замедляющей системы, в то время как электроны, сформировавшись в сгустки, могут совершать несколько оборотов. Благодаря этому уже па входе замедляющей системы сигнал сразу встречает в значительной степени сгруппированный электронный поток. В результате выходная мощность амплитрона слабее, чем в других усилительных приборах, зависит от величины входного сигнала, а с другой стороны, возникающая обратная связь по электронному потоку оказывается достаточной, чтобы амплитрон оказался в неустойчивом состоянии. Поэтому в отсутствие входного сигнала или при слабом входном сигнале амплитрон генерирует широкий спектр сравнительно слабых шумовых колебаний. С учетом этого обстоятельства для нормальной работы амплитрона на его вход необходимо подавать достаточно мощный сигнал, который делает упорядоченным процесс генерации колебаний с частотой входного сигнала. Работающий в таком режиме амплитрон в ряде случаев рассматривается как автогенератор, синхронизируемый внешним сигналом.
Становится очевидным, что самопроизвольное возбуждение амплитрона в отсутствие входного сигнала предъявляет дополнительные требования к модуляторам при работе в импульсном режиме.
Достаточно эффективным способом борьбы с самопроизвольной генерацией явилось использование приборов с холодным вторично-эмиссионным катодом. В амплитронах такого типа в отсутствие входного СВЧ сигнала нет условий для самовозбуждения, поскольку анодный ток равен нулю. В пространстве взаимодействия под действием постоянных электрического и магнитного полей движется по циклоидам лишь небольшое количество свободных электронов, не попадающих ни на анод, ни на катод. При подаче входного сигнала часть этих электронов попадает в ускоряющую фазу СВЧ поля и, отобрав от него некоторую энергию, возвращается на вторично-эмиссионный катод не с нулевой скоростью. Соударение электронов с катодом вызывает эмиссию новых электронов, часть из которых, ускорившись СВЧ полем, вновь бомбардирует катод. Этот процесс носит лавинообразный характер и через 5—10 не пространство между катодом и анодом заполняется огромным количеством электронов. Прибор приходит в рабочее состояние, обеспечивающее усиление сигнала.
Однако после прекращения действия входного сигнала амплитрон продолжает генерировать СВЧ колебания. Это происходит из-за того, что в пространстве взаимодействия продолжает существовать сгруппированный электронный поток. Для срыва этой паразитной генерации необходимо сразу после окончания входного сигнала разрушить спицеобразную структуру электронного потока. С этой целью в области «холостого» резонатора (рис. 4.26 а) в непосредственной близости от катода встраивают специальный управляющий электрод, на который в момент окончания входного сигнала подают короткий импульс положительной полярности относительно катода. Этот электрод притягивает пролетающие мимо него электроны, электронный поток существенно снижается и генерации не возникает. Вследствие близости управляющего электрода к катоду амплитуда импульса срыва может быть в 4—5 раз меньше ускоряющего напряжения между катодом и анодом. Таким образом, для осуществления управления усилителем можно попользовать маломощный модулятор, к форме импульса которого не предъявляется жестких требований
(рис. 4.26 б).
Коэффициент усиления амплитрона сравнительно невелик — 10-15 дБ. Последнее является его недостатком, для компенсации которого, используют последовательное включение в цепь нескольких амплитронов, представляющих единую конструкцию. На рис. 4.27 показана схема усилителя, состоящего из двух амплитронов хотя и настоящее время используют цепочки, в которых их число может составлять 3...5.
Входные приборы работают в режиме большого коэффициента усиления (Кр = 12..15 дБ). По мере роста уровня сигнала Кр падает и у выходных каскадов порой составляет 3...5 дБ. Характерной особенностью работы амплитронов в усилительных цепочках является трудность их согласования в момент работы («горячее рассогласование) и приводящее к появлению отраженных волн. Для их подавления между усилительными каскадами устанавливают ферритовые вентили. Кроме этого, коэффициент передачи амплитрона при выключенном анодном питании близок к единице, так как потери в замедляющей системе очень малы. Это создает широкие возможности при коммутации приборов с целью регулировки выходной мощности.
Полоса пропускания амплитрона несколько уже, чем в ЛБВМ. Обстоятельством, ограничивающим полосу усиливаемых частот при неизменном анодном напряжении, является замкнутость электронного потока. Это можно пояснить следующим образом. Для эффективной передачи кинетической энергии электронов полю необходимо, чтобы после полного оборота вокруг катода электронный сгусток у выхода амплитрона снова попадал в тормозящую фазу высокочастотного поля. Для этого время полного оборота сгустка должно составлять целое число периодов усиливаемого высокочастотного колебания, т.е. где Точнее выполнение этого равенства возможно для колебаний лишь с частотой . Для диапазона частот указанное равенство приобретает вид .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.