1.1.2. Описание конструкции тетродного усилителя

В предложенной конструкции входного устройства с «висячей» сеткой (рис. 1.2) на управляющую сетку С1 надевается цилиндр, с помощью которого исходная коаксиальная линия 3, подключенная к катоду К и экранирующей сетке С2, разбивается на два отрезка коаксиальных линий 1 и 2, которые соответственно подключаются к зазорам K–С1 и С1–C2.

Отрезки коаксиальных линий1 и 2 вместе с пространством связи 3 образуют колебательную систему. Настройка ее осуществляется плунжером 4. Длина цилиндра, закрепленного на сетке, подбирается такой, чтобы при резонансе обеспечивалось равенство амплитуд и противофазность напряжений на зазорах К–C1 и С1–С2. Однако на практике это условие трудно сохранить при перестройке и при изменении режима работы, на пример уровня входной мощности, так как не остаются постоянными реактивные составляющие электронной нагрузки, отнесенные к зазорам К–C1 и С1–C2. Подстройка осуществляется дополнительным плунжером 5.

Этих недостатков лишено оригинальное двухзазорное устройство, предложенное А. Д. Сушковым [2] (рис. 1.3). Оно представляет собой отрезок двухпроводной линии, внешний проводник которой имеет прямоугольное сечение, а внутренний проводник выполнен в виде полоски. Линия с одной стороны разомкнута, а с другой – закорочена и ведет себя как четвертьволновый резонатор.

К линии подсоединяется катод К, управляющая сетка С1 и экранная сетка C2. На управляющую сетку подается постоянное напряжение смещения , а на экранную сетку – напряжение. Развязка по постоянным напряжениям обеспечивается с помощью блокировочных конденсаторов. Если линия настроена в резонанс, то на зазорах K–C1 и C1–C2 устанавливаются одинаковые по величине и противоположные по направлению напряжения, так как исходная линия работает на волне ТЕМ. При подаче входной мощности в положительный период переменного напряжения на управляющей сетке C1 происходит отбор катодного тока, сопровождаемый ускорением электронного потока, на что затрачивается определенная энергия от источника сигнала. Далее электроны в зазоре C1–C2 попадают в тормозящее электрическое полеи отдают свою кинетическую энергию электромагнитному полю того же резонатора. При малых углах пролета суммарная энергия источника сигнала оказывается небольшой.

Отметим, что ни перестройка резонатора, ни изменения режима работы тетрода, например напряжения сигнала, не вызывают нарушения равенства и противофазности напряжений на зазорах K–С1 и C1–C2. Это является главным преимуществом данного типа входного устройства.

1.1.3. Параметры тетродного усилителя

Прежде чем переходить к описанию объекта исследования, рассмотрим параметры тетродного микроволнового усилителя. Как и усилители других типов, он характеризуется следующими параметрами:

– номинальной , выходнойи входноймощностями;

– коэффициентом усиления по мощности ;

– полосой пропускания частот, равной разности верхней и нижнейрабочих частотна определенном уровне выходной мощности;

– коэффициентом полезного действия ;

– коэффициентом нелинейных искажений, определяющим относительный уровень высших гармонических составляющих огибающей сигнала, которые появляются в нагрузке вследствие нелинейности анодно-сеточных характеристик, а также пролетных эффектов;

– фазовой стабильностью, определяющей изменение фазы выходного сигнала (в градусах) при изменении питающего (анодного) напряжения или входной мощности на 1 % от начальных значений.

Кроме того, усилитель характеризуется величинами питающих напряжений анодного , экранного, управляющей сеткии накала. Определим зависимость основных параметров тетродного микроволнового усилителя от углов пролета в междуэлектродных промежутках. Для этого воспользуемся известными аналитическими выражениями. Выходная мощность в общем случае определяется формулой

, (1.1)

где – амплитуда переменного анодного тока, возбуждающего выходной резонатор;– эквивалентное сопротивление нагруженного выходного резонатора;– коэффициент полезного действия выходного резонатора. Для нахождения амплитуды переменного анодного тока следует воспользоваться понятием комплексной крутизны

, (1.2)

где – амплитуда переменного напряжения на управляющей сетке; – комплексная крутизна, модуль которойравен

, (1.3)

где, в свою очередь, – крутизна тетрода;– статический угол пролета электронов в промежутке «анод–экранирующая сетка».

, (1.4)

В последней формуле: – круговая частота сигнала;– расстояние «анод –экранирующая сетка»; – напряжение источника анодного питания;– напряжение на экранирующей сетке. При работе с отсечкой анодного тока статическая крутизна заменяется средней крутизной, где– угол отсечки анодного тока. Аналогично можно найти зависимость входной мощности от углов пролета электронов в промежутках «катод – управляющая сетка» и «управляющая сетка – экранирующая сетка». Исходная формула для входной мощности имеет вид:

, (1.5)

где –амплитуда переменного напряжения на управляющей сетке; – активная входная проводимость.

Активная входная проводимость равна сумме электронной входной проводимостии проводимости потерь в резонаторе:

.

Для определения активной электронной проводимости можно воспользоваться зависимостями относительной активной входной проводимости от фиктивного угла пролета в промежутке «катод – управляющая сетка» (рис. 1.4).

(1.6)

и статического угла пролета в промежутке «управляющая сетка – экранирующая сетка»

(1.7)

Зная выходную и входную мощности, а также мощность источники анодного питания , можно вычислить коэффициент усиления по мощности

(1.8)

и коэффициент полезного действия по анодной цепи

, (1.9)

где – постоянная составляющая анодного тока,– напряжение источника анодного питания.

Кроме того, можно определить полный или промышленный КПД тетродного усилителя:

(1.10)

где, кроме известных величин, – мощность источника смещения в цепи управляющей сетки (–напряжение смещения,– постоянная составляющая сеточного тока);– мощность источника постоянного тока в цепи экранирующей сетки (где– напряжение на экранирующей сетке,– постоянная составляющая тока в цепи экранирующей сетки).