«Radioelektronika» kafedrası İyt elektronika laboratoriya işlərinin yerinə yetirilməsi üzrə metodik vəsait

Yoxlama sualları

1. Klistronlar İYT-li triodlardan nə ilə fərqlənir ?

2. Uçuş və əksetdirici klistronlar nə ilə fərqlənir ?
3. Elektronların sürətlərə görə modulyasiyasının sıxlıqlara görə modulyasiyaya çevrilməsi necə izah olunur ?
4. , , şərtlərdə elektronların qruplaşmasının müxtəlif rejimlərini izah edin.
5. İki rezonatorlu - klistronun ikinci rezonatorunda yaranan cərəyan və yüksəktezlikli güc hansı parametrlərdən asılıdır ?


LABORATORİYA İŞİ №3


ƏKSETDİRİCİ KLİSTRONUN ÖYRƏNİLMƏSİ


1. İşin məqsədi

Əksetdirici klistronun iş prinsipinin, elektron sıxlıqlarının qruplaşma mexanizminin öyrənilməsi, əksetdiricidə gərginlik dəyişdikdə diskret generasiya zonaların yaranması, elektron gücünün və FİƏ- nın qruplaşma parametrlərindən, yüksəktezlikli gərginliyin amplitudasından asılılığının öyrənilməsidir.

2. Əksetdirici klistronun iş prinsipi

Əksetdirici klistronlar 0,8- 220 GHs tezlik diapazonunda işləyən az güclü generatorlardır. Əksetdirici klistronların əsas üstünlüyü, hazırlanma texnologiyasının sadəliyi, ölçülərin və qiymətinin az olması və etibarlığın yüksək olmasıdır. Onlar yüksək tezlik xarakteristikaların və parametrlərin stabilliyi ilə fərqlənir. bu parametrlərə temperatura, vibrasiya və radiasiya zəif təsir göstərir. Onların tezliyini həm mexaniki həm də elektrik üsulla asan dəyişmək olur.

Əksetdirici klistronun quruluş sxemi və elektrik qidalanması şək. 3.1- də göstərilmişdir. Klistron elektronların qruplaşdırıcılarından (katod K, sürətləndirici elektrod SE, rezonator R) və mənfi elektrod olan əksetdiricidən ibarətdir (kollektor rolunu həmin rezonator oynayır).

Elektronlar rezonator ilə əksetdirici arasındakı fəzada sabit tormozlayıcı sahədə qruplaşırlar. Faza- zaman diaqramda (şək. 3.2) yüksəktezlikli gərginliyin maksimal və sıfır qiymətlərində rezonatorun yarığını keçən 1-4 elektronları qeyd olunmuşdur.

Elektronların rezonatordan sonrakı sabit tormozlayıcı sahədəki hərəkəti faza-zaman diaqramında parabolik əyrilərlə verilmişdir. Elektronların hərəkətini, rezonator ilə əksetdirici arasında olan fəza yükünün təsiri nəzərə alınmadıqda bərabər yavaşıyan və bərabərsürətlənən hesab etmək olar. Rezonatorda əlavə maksimal təcil olan 1 elektronu bütün elektronlardan tez əksetdiriciyə çatır və dayanır. 3 elektronu hamıdan tez rezonatorun yarığına qayıdır. Bu elektronun sürəti rezonatoru düzünə uçarkən azalır, çünki ona maksimal yüksəktezlikli tormozlayıcı sahə təsir edir.
Sürət modulyasiyası nəticəsində 1 və 3 elektronları rezonatordan yüksəktezlikli gərginliyin fazasının sürətləndiricidən tormozlayıcıya keçdiyi anda uçduğu üçün 2 elektronun ətrafında qruplaşacaq. Əksetdirici klistronda elektronların qruplaşması üçün sabit tormozlayıcı sahə üsulundan istifadə olunur. Bu zaman eyni bir rezonatordan həm elektronların sürət modulyasiyası, həm də elektron sıxlıqlarından enerjinin alınması üçün istifadə olunur.
Müsbət əks rabitə halında elektron sıxlıqları yüksəktezlikli gərginliyin tormozlayıcı yarımperiodunda rezonatorun yarığına qayıdır. Elektron sıxlığına düşməyən 4 elektronları (şək.3.2, a) "arzuolunmazdır", çünki mənfi əks rabitə yaradır və rezonatorun elektromaqnit sahəsindən enerjisini alır. Bu elektronları və həmçinin rezonatordan periodun ¼ -i ərzində 4 elektronlarından tez və gec çıxan elektronlar əksetdirici klistronda ümumi sıxlıqda qruplaşdırmaq olmur. Çoxlu sayda "arzuolunmayan" elektronların olması, eyni ilə bir rezonatordan modulyasiya və enerjinin alınması üçün istifadə olunması və həmçinin ondan kollektor kimi istifadə olunması əksetdirici klistronda yüksək FİƏ və yüksək çıxış gücünün alınmasına imkan vermir.

Əksetdirici klistronun əsas xarakteristikalarına baxaq. Şək.3.2, b şəklində müsbət əksrabitə şəklində elektron sıxlıqların mərkəzi olan 2 elektronun fəza-zaman diaqramları göstərilmişdir. Aydındır ki, öz-özünə həyəcanlanmanın faza şərti o vaxt ödənilir ki, rezonator-əksetdirici fazasında elektronun uçuş vaxtı

(3.1)

burada Əksetdirici klistronun generasiya zonasını təyin edən tam ədəddir.

Elektron sıxlıqları formalaşan optimal uçuş vaxtı əksetdiricinin gərginliyindən asılıdır. Əksetdiricinin gərginliyi azaldıqda elektronlar tormozlayıcı sabit sahədə daha uzun müddət olur və qruplaşma yaranır. Beləliklə, əks etdiricidə gərginlik dəyişdikdə diskret generasiya zonaları yaranır (şək. 3.3). Bu zonaların mərkəzində (3.1) ifadəsi ilə təyin olunan generasiya gücü maksimal qiymət alır.

Hər generasiya zonasının mərkəzində əksetdiricidə olan gərginliyi təyin edən ifadə əksetdirici klistronun kinematik nəzəriyyəsindən istifadə etməklə almaq olar. Azgüclü əksetdirici klistronlarda cərəyanlar kiçik olduğu üçün elektrodlar arasındakı potensialın paylanmasını xətti qəbul etmək olar (şək.3.4).

Sabit tormozlayıcı sahə təsir edən , rezonator - əksetdirici fazasında elektronun hərəkət tənliyi

(3.2)

burada D- rezonator ilə əksetdirici arasındakı məsafədir. Fərz edək ki, D- məsafəsi rezonatorun yarığından xeyli çoxdur. (3.2)- ni inteqrallayaraq alarıq

(3.3)

burada - elektronun rezonatordan - sürəti ilə uçuş momentidir. Rezonatorun yarığına elektronun qayıtma momentini ilə işarə etsək, onda üçün (3.3) tənliyindən alarıq

(3.4)

Sıxlığın mərkəzində olan modullaşmış elektronun hərəkətinə baxaq (3.4) tənliyini

şəklində yazaq. Burada , şərtində modullaşmış elektronun sürətidir.

İndi (3.1) ifadəsinin köməyi ilə generasiya zonaların mərkəzində əksetdiricidə olan gərginliyin ifadəsini alaq


(3.5)

Modullaşmamış elektronun əksetdiriciyə yaxınlaşdığı maksimal məsafə Z_max, Z(t) (3.3) asılılığının ekstremumundan təyin olunur.

(3.6)

Alınmış ifadə təsdiq edir ki, potensialı sıfırdan keçən nöqtənin kordinatıdır. Bu həmçinin şək. 3.3- də göstərilmiş potensialın xətti paylanmasından da görünür.

Əksetdirici klistronun elektron keçiriciliyi cərəyanın və yüksəktezlikli gərginliyin kompleks amplitudlarının nisbətindən təyin olunur.
Məlum olduğu kimi ,uçuş klistronunda yaranan cərəyanı dəyişən toplananı belə yazmaq olar.

Əsas tezliyə köklənmiş əksetdirici rezonatorlu klistron üçün aşağıdakı ifadə almaq çətin deyil.

(3.7)

Mənfi işarəsi elektronların rezonatora qayıtdığı zaman cərəyan istiqamətinin dəyişməsini göstərir. Əksetdirici klistronda faza hesabının başlanğıcı uçuş klistronda olduğundan π qədər sürüşüb, beləki yüksək tezlikli sahənin sürətləndiricidən tormozlayıcı dəyişən elektronun ətrafında qruplaşma yaranır. Bununla əlaqədar olaraq əksetdirici klistronda yüksəktezlikli gərginliyin fazasını π qədər sürüşdürüb yazaq

(3.8)

Yüksəktezlikli gərginliyin və yaranmış cərəyanın kompleks amplitudlarını (3.7) və ( 3.8) ifadələrinə görə belə yazmaq olar:

,


, elektron keçiriciliyi isə bu kompleks amplitudların nisbəti ilə ifadə edək





olduğundan


(3.9)

Beləliklə klistronun elektron keçiriciliyinin aktiv və reaktiv toplananları aşağıdakı ifadələrlə təyin olunur.

;
. (3.10)


qiymətində maksimal qiymət . Modullaşmış elektronun rezonator-əksetdirici fəzasında uçuş bucağını belə ifadə etmək olar


. (3.11)

Generasiya zonasının mərkəzində əksetdiricinin gərginliyinə uyğun uçuş bucağının optimal qiyməti

. (3.12)

Şək. 3.5- də və şərtləri daxilində yüksəktezlikli rəqslərin olmadığı halda aktiv və reaktiv elektron keçiriciliklərin uçuş bucağından asılılığı göstərilmişdir.

(3.10)-a əsasən aktiv elektron keçiriciliyi artan sinusoidal (bütöv xətt), reaktiv – kosinusoidal (qırıq xətt) formaya malikdir. Şək. 3.5 əksetdirici klistronda rəqslərin yaranması, həmçinin klistronun xarakteristikalarına elektrik rejiminin parametrlərinin təsiri haqqında əyani təsəvvür yaradır. Eyni zamanda görünür ki, öz-özünə həyəcanlanmanın faza şərti (3.1) ödənildikdə, aktiv elektron keçiriciliyi maksimal mənfi qiymətə malik olur.

Öz-özünə həyəcanlanmanın amplitud şərtini analiz etmək üçün kəmiyyətini şək.3.5 ayıraq və xəttini absis oxuna paralel çəkək. Şəklin ştrixlənmiş hissələrində mənfi elektron keçiriciliyi mütləq qiymətə görə tam keçiriciliyi üstələyir. Bu sahələrdə həyəcanlanmanın amplititud şərti şərti ödənilir.
Beləliklə intervallarında əksetdirici klistronun generasiya zonaları yaranır. Şəkildən göründüyü kimi sıfırıncı zonada ( ) öz-özünə həyəcanlanmanın amplitud şərti ödənilmir.
Aktiv elektron keçiriciliyi vasitəsi ilə elektron sıxlıqları tərəfindən yüklənmiş rezonatorun elektromaqnit sahəsinə verilən gücü təyin etmək olar. və - i - lə ifadə etsək alarıq.


. (3.13)

Elektron FİƏ:

. (3.14)

(3.13) və ( 3.14) ifadələrinə elektron gücünün və elektron FİƏ- nın qruplaşma parametrindən və yüksəktezlikli gərginliyin amplitudasının asılılığını təyin edən funksiyası daxildir (şək.3.6). Bu funksiya qiymətində maksimuma (1,25) malikdir.

(3.14) ifadəsinə əsasən elektron FİƏ- nın ən böyük qiyməti, və halı üçün (yəni şərtləri daxilində):

. (3.15)

(3.15) ifadəsinin analizi göstərir ki, generasiya zonalarının kiçik qiymətlərində ( ) əksetdirici klistronun FİƏ- lı bir neçə on faizə çata bilər. Ancaq elektronun real FİƏ- nın qiyməti bir neçə faiz təşkil edir və tam FİƏ 1%-ə yaxındır.

Əksetdirici klistronların istismarında tezliyin elektron köklənməsi mühüm praktiki əhəmiyyətə malikdir. Tezliyin əksetdiricidəki gərginliyindən asılılığını təyin etmək üçün ifadəsindən istifadə olunur. Generasiya mərkəzində olduqda olur. asılılığı tangensoid formaya malikdir (şək. 3.7).
Əksetdirici klistronun elektron köklənməsi iki parametr ilə xarakterizə etmək qəbul olunmuşdur: əyrilik və diapazonlar. Elektron köklənməsinin əyriliyi deyiləndə asılılığının xətti olduğu generasiya zonasının mərkəzində tezlik dəyişməsinin əksetdiricidə gərginliyin dəyişməsinə nisbəti başa düşülür: .
Elektron köklənməsi diapazonu deyiləndə tezliyin maksimal qiymətindən gücün səviyyəsinin yarısına qədər dəyişən tezlik diapazonu nəzərdə tutulur. Şək.3.7, b elektron köklənməsinin diapazonu kimi göstərilmişdir.
Əksetdirici klistronun tezliyinin elektron köklənməsini hesablamaq üçün daha məqsədə uyğun formula belədir:


(3.16)

(3.16) ifadəsindən görünür ki, elektron köklənməsinin əyriliyi generasiya zonasının nömrəsi artdıqca çoxalır. Belə asılılıq onunla izah olnur ki, n- artdıqca elektronlar əksetdiriciyə daha da yaxınlaşır və onun gərginliyinin dəyişməsi rezonator- əksetdirici fəzasında elektronların çox zaman qalmasına təsir edir.

On santimetrlik diapazonda işləyən əksetdirici klistronun elektron köklənmə əyriliyinin generasiya işçi zonalarında 0,3 - 0,5 MHs/V, 3 santimetrlik diapazonda isə 5- 8 MHs/V- dur.

Elektron köklənməsinin diapazonun eni az olduğunu nəzərə alsaq, geniş tezlik diapazonda əksetdirici klistronun işləməsi üçün mexaniki kökləmədən, yəni rezonatorun ölçülərin dəyişməsindən istifadə olunur.