34. Pin диоды. Эквивалентная схема. Области применения и характеристики.

при работе в диапазоне СВЧ pin-диод (без учета паразитных параметров корпуса) представляет собой нелинейный резистор, сопротивление которого при прямом смещении значительно меньше, чем при обратном, при этом величина сопротивления r_пр зависит от прямого тока.

На рис. приведена эквивалентная схема pin-диода, учитывающая состояние диода, как при прямом, так и при обратном смещении.

В этой схеме сопротивление r_s обусловлено потерями в полупроводнике и выводах диода.

35. Клистроны. Устройство и принцип работы 2-х резонаторного клистрона.

Слово клистрон произошло от греческого слова klyzo, что означает ударять волной. Этот прибор относится к электронным приборам типа О, ускоренный электронный поток в которых кратковременно взаимодействует с электромагнитным полем резонаторов.

В основу работы клистронов положен принцип преобразования в энергию электромагнитного поля кинетической энергии прямоли­нейно движущихся электронов.

Рассмотрим принцип работы клистрона на примере двухрезонаторного пролетного клистрона.

Электронная пушка 1 создает равномерный пучок электронов, который ускоряется потенциалом Е₀ и по­следовательно проходит через первую область взаимодействия (емкостный зазор то­роидального резонатора 2), дрейфовое пространство 3 длиной l, второе простран­ство взаимодействия (емкостный зазор второго резонатора 4). После этого электронный поток попадает на коллектор 5.

Скорость дрейфа электронов, ускоренных напряжением питания E₀, перед вхо­дом в емкостный промежуток первого резонатора будет равна: , где е, т - заряд и масса электрона.

В первый (входной) резонатор 2 подается усиливаемый СВЧ сигнал от внешнего источника. Соответственно на емкостном зазоре этого резонатора возникает высокочастотное напряжение, которое складывается с напряжением питания, в результате чего электроны, пролетающие емкостный зазор первого резонатора, будут ускоряться под действием суммарного напряжения: , где t - момент времени пролета электроном емкостного зазора первого резонатора; U₁ - амплитуда первой гармоники СВЧ сигнала на емкостном зазоре первого резонатора; ω - частота СВЧ сигнала.

Видно, что напряжение СВЧ сигнала в течение положительных полупериодов вызывает дополнительное к Е₀ ускорение электронов в пучке, а в течение отрицательных - их торможение. Таким образом, в дрейфовое пространство 3 электроны пучка попадают с различными скоростями, зависящими от времени пролета ими емкостного зазора первого резонатора - t. Эти скорости определяются соотношением

Это выражение можно трактовать как временной закон модуляции скорости электронов пучка перед попаданием в дрейфовое пространство.

В пространстве дрейфа электроны летят по инерции, так как находятся в поле одинакового потенциала, вследствие чего электроны, получившие добавочное ускорение в первом резонаторе, будут догонять более медленные. В результате пролета дрейфового пространства равномерный по плотности на его входе поток электронов превращается на его выходе в поток, состоящий из ряда пакетов. Вариация скорости электронов на входе в дрейфовое пространство превращается на выходе из него в вариацию электронного потока по плотности. Этот процесс группирования электронов отражен в виде пространственно-временной диаграммы на рис. 6.1, 6. Здесь изменение скорости движения электронов отражено изменением наклона прямых, имитирующих процесс пролета дрейфового пространства отдельными слоями электронов. Электронные слои, получившие дополнительное ускорение от поля СВЧ сигнала, движутся более быстро, время пролета ими дрейфового пространства будет меньше, чем среднее , определяемое только напряжением E₀ . Поэтому путь этих электронных слоев отражается прямыми с меньшим наклоном. Для электронов, замедленных полем СВЧ сигнала, время пролета дрейфового пространства по сравнению с увеличится, и их путь отражается прямыми с большим наклоном.

Возникшие пакеты электронов при пролете емкостного зазора второго выходного резонатора 4 наводят на электродах переменное электромагнитное поле. Это поле будет тормозящим для сгустков электронов и ускоряющим, когда через зазор проходят разреженные части электронного потока. Такая фаза сигнала во втором резонаторе устанавливается автоматически при его настройке в резонанс на частоту СВЧ сигнала, что следует из принципа требования минимума потенциальной энергии в любой стационарной физической системе. Это отражено на рис. 6.1,б, где показано, что тормозящий полупериод поля во втором резонаторе соответствует моментам прихода к нему электронных сгустков.

При торможении электроны отдают свою кинетическую энергию электромагнитному полю в выходном резонаторе, который связан с нагрузкой. Частично заторможенные в поле второго пространства взаимодействия электроны проходят далее на коллектор 5 и, ударяясь в него, выделяют оставшуюся кинетическую энергию в виде тепла, а при большой остаточной скорости - и в виде жесткого электромагнитного излучения.

Вследствие очень большой скорости электронов при пролете ими емкостного зазора первого резонатора напряжение на нем не успевает существенно измениться и эти малые изменения не влияют на условия формирования сгустков. Управляющее напряжение на первом резонаторе в течение полупериода ускоряет электроны, отдавая им энергию, но в течение следующего полупериода электроны тормозятся полем СВЧ сигнала, возвращая ему энергию. Поэтому источник возбуждения затрачивает свою энергию практически только на потери во входном резонаторе и при высокой его добротности в клистронных усилителях могут быть получены очень высокие коэффициенты усиления.