2.2 Применение триодов и тетродов СВЧ В диапазоне СВЧ более широко применяется схема включения триода с общей сеткой, а не с общим катодом, которая до сих пор рассматривалась. Упрощенная схема включения триода с общей сеткой, показанная на рис. 4, удобна для сравнения с упрощенной схемой триода с общим катодом (см. рис. 2). Промежуток лампы сетка–катод входит во входную цепь, а промежуток анод–сетка – в выходную цепь схемы, так что сетка является, обшей точкой этих цепей. Рис. 2.3 Как видно из рис. 2.2 и 3.2, выходная (анодная) цепь связана с входной через емкость Сc.a в схеме с общим катодом и емкость Са.к в схеме с общей сеткой. Эта связь может привести к самовозбуждению лампы. Поскольку Са.к значительно меньше Са.с, то схема с общей сеткой более устойчива к самовозбуждению. Благодаря этому она широко применяется на высоких частотах. Недостатком схемы с общей сеткой является низкое входное сопротивление усилительного каскада (через входную цепь протекает весь переменный катодный ток лампы). Однако можно показать, что с увеличением частоты активная составляющая входной проводимости каскада с общей сеткой уменьшается из-за увеличения фазового сдвига между сеточным напряжением и первой гармоникой катодного тока. В то же время в схеме с общим катодом входная проводимость увеличивается с ростом частоты. Требование уменьшения времени пролета в лампах СВЧ не является единственным. Необходимо также уменьшать междуэлектродные емкости, индуктивность вводов и диэлектрические потери в элементах лампы. На частотах выше 500 МГц применяются триоды с дисковыми выводами: маячковые и металлокерамические. Рассмотрим для примера конструкцию генератора на маячковом триоде (рис. 2.4): 1, 2 – коаксиальные резонаторы в цепях сетка–катод и сетка–анод, 3 – петля связи, 4 – настроечные поршни, 5 – триод. Катод, сетка и анод плоские. Дисковые выводы становятся частью колебательной коаксиальной системы. Расстояние между электродами доходит до десятых и даже сотых долей миллиметра. В металлокерамическом триоде вместо стекла используется специальная керамика. Диэлектрические потери в междуэлектродных изоляторах уменьшаются благодаря применению высокочастотной керамики с малыми диэлектрическими потерями. Современные миниатюрные металлокерамические триоды были разработаны на предельною частоту до 10 ГГц. Однако на таких частотах удалось получить очень небольшую мощность и низкий КПД. Рис 2.4 В качестве мощных генераторных ламп в длинноволновой части диапазона дециметровых волн применяются преимущественно триоды с водяным или воздушным охлаждением анодов, в конструкции которых учтены требования, предъявляемые к СВЧ лампам. В коротковолновой части диапазона дециметровых волн применяются мощные генераторные триоды, имеющие специальную конструкцию. Кольцевые вводы электродов этих ламп обладают значительно меньшими индуктивностью и омическим сопротивлением и позволяют легко соединить лампы с колебательной системой. Металлические выводы ламп изготавливаются также из титана. Такие лампы называются титанокерамическими. Применение титана позволило улучшить характеристики приборов, так как при высоких температурах, развивающихся при их работе, титан обладает хорошими абсорбционными свойствами, т. е. поглощает выделяемые в лампе газы и в приборе поддерживается все время рабочий вакуум. Титанокерамические триоды имеют меньшие размеры, чем металлокерамические, при равных значениях выходной мощности. Недостатком СВЧ триодов является низкий коэффициент усиления по мощности. Это обстоятельство привело к разработке тетродов. Электроды тетродов обычно имеют цилиндрическую конструкцию. Обе сетки, а иногда и катод составляются из большого числа стержней, расположенных по образующим цилиндров соответствующих радиусов. Динатронный эффект ослабляется использованием лучевой структуры электронного потока и удалением анода от экранной сетки, на сравнительно большое расстояние. В таких тетродах все электроды имеют дисковые выводы. Для генерирования сверхмощных колебаний СВЧ диапазона конструктивное разделение лампы и колебательной системы из-за больших потерь в соединениях оказывается нерациональным. Поэтому электроды лампы изготавливаются вместе с колебательной системой, а резонаторные полости помещаются в вакуум. Примером может служить тетродный генератор, названный резнатроном, который в дециметровом диапазоне отдает среднюю мощность 50 – 70 кВт при КПД 60 – 65%. Напряжение источника питания составляет 10—16 кВ. Дальнейшее развитие этого принципа конструирования ламп привело к созданию коакситрона. По существу коакситрон представляет собой цилиндрическую систему из 48 независимых элементарных триодов с общей сеткой, объединенных со входным и выходным резонаторами в одном вакуумном корпусе. Коакситрон имеет широкую рабочую полосу частот и высокую надежность. Прибор рекомендуется к использованию в широкодиапазонных многоканальных радиолокационных станциях. Коакситрон А15193 (США) является усилителем с коэффициентом усиления по мощности 13 дБ, рассчитанным на диапазон частот 400 – 500 МГц при уровне мощности в непрерывном режиме 150 кВт, а в импульсном – 10 МВт (КПД 43%). Разработаны коакситроны, перекрывающие диапазон частот 200 – 1300 МГц. Триодные и тетродные генераторы обладают рядом достоинств по сравнению с другими генераторами СВЧ. Это сравнительно низкие питающие напряжения, отсутствие устройств для фокусировки электронного потока, достаточно высокий КПД в дециметровом диапазоне, сравнительно высокая стабильность частоты в генераторах и фазы в усилителях при изменении напряжения питания. Следует отметить также малую стоимость триодов. Основным недостатком триодных и тетродных генераторов является быстрое падение выходной мощности с ростом рабочей частоты. Практически они используются на частотах до 1,5 – 2 ГГц. Тетроды СВЧ применяются в основном в выходных каскадах мощных передатчиков. Например, в телевизионном передатчике ЛАДОГА, предназначенном для черно-белого и цветного телевизионного вещания в диапазоне 470 – 622 МГц, в выходном каскаде используется металлокерамический тетрод ГС-17Б с выходной мощностью 7 кВт. Триоды СВЧ применяются в качестве генераторов и усилителей средней мощности, а также в качестве преобразователей и умножителей частоты. В передатчике ЛАДОГА металлокерамический триод ГС-14Б работает усилителем-умножителем. Металлокерамические триоды и тетроды используются также в передатчиках радиорелейных линий связи с временным разделением и импульсной модуляцией. В заключение следует заметить, что все время проводятся работы по усовершенствованию триодов и тетродов для телевизионных передатчиков. Фирма Сименс (ФРГ) разработала серию мощных тетродов для телевизионных передатчиков дециметрового диапазона, у которых благодаря использованию испарительно-конденсационного охлаждения выходная мощность в 2 раза выше, чем при воздушном охлаждении. Эти тетроды дешевле клистронов, эквивалентных им по параметрам. Анод тетродов имеет небольшие каналы охлаждения, ответвляющиеся от основного канала. В канале под давлением циркулирует вода, которая кипит и испаряется примерно при 120°C и охлаждает анод. Металлокерамический тетрод RS1034SK имеет выходную мощность 20кВт. Контрольные вопросы. Воздействие электрического и магнитного поля на движущийся заряд. Скорость электрона, время пролета, угол пролета. Уточнение понятий “ток”. Наведенный ток. Зачем понадобилось введение этого понятия? Отбор энергии у движущегося одиночного заряда и превращения ее в энергию СВЧ колебаний. Особенности работы электронных ламп в диапазоне СВЧ. Основные факторы, влияющие на работу СВЧ триодов и тетродов. назад | оглавление | вперёд