5.3. Магнетроны

В магнетроне формирование электронного потока и его взаимодействие с электромагнитным полем СВЧ диапазона происходит в пространстве взаимодействия, в котором электрическое и магнитное поля скрещены.

Магнетрон представляет собой коаксиальный цилиндрический диод в магнитном поле, направленном по его оси. Устройство магнетрона показано на рис. 5.4.

Рис. 5.4

В магнетронах применяется оксидный подогреваемый катод большой мощности. На концах катода расположены диски, препятствующие движению электронов вдоль оси. Анод сделан в виде массивного медного блока. Вакуумное пространство между катодом и анодом называется пространством взаимодействия. В аноде размещается четное количество резонаторов.

Вдоль оси магнетрона действует сильное постоянное магнитное поле, создаваемое магнитом. Магнитное поле предназначено для получения требуемой циклоидальной траектории движения электронов. Благодаря рассеянию полей отдельных резонаторов, их колебания связаны друг с другом, а система резонаторов представляет единую колебательную систему. Высокочастотные колебания в пространстве взаимодействия магнетрона имеют вид стоячей волны. Стоячие волны можно интерпретировать как сумму двух бегущих волн, распространяющиеся в противоположные стороны. Стоячая волна образуется путем подбора анодного напряжения и напряженности магнитного поля. В результате электроны уплотняются в сгустки, имеющие вид спиц.

Передача энергии электронов высокочастотному полю происходит за счет уменьшения энергии электронов, которая максимальна у катода и близка к нулю у анода. Преобразование энергии электронов в энергию СВЧ колебаний продолжается от момента их эмиссии с катода до момента достижения анода.

Часть электронов в результате сложных траекторий возвращается на катод и способствует эмиссии за счет вторичной электронной эмиссии.

Созданы магнетроны импульсного и непрерывного действия. Импульсные магнетроны имеют мощность до 10⁵Вт в дециметровом диапазоне. Магнетроны непрерывного действия имеют мощность десятки киловатт. КПД магнетронов импульсных ~ 70% в дециметровом диапазоне, 3060% в сантиметровом диапазоне.

6. Интегральные операционные усилители

Операционным усилителем называется усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход, однотактный выход и обладающий большим входным и малым выходным сопротивлениями.

Широко распространены интегральные ОУ общего назначения, обладающие свойствами близкими к свойствам идеального ОУ.

ОУ имеют два входа и один выход (рис. 6.1). Знак плюс у входа означает, выходное напряжение совпадает по фазе с напряжением, поданным на данный вход. Такой вход называется неинвертирующим или прямым. Знак минус у входа показывает, что выходное напряжение противоположно по фазе поданному на данный вход. Такой вход называется инвертирующим.

ОУ запитывается как правило от разнополярных источников питания, что обеспечивает положительную и отрицательную полярность выходного напряжения.

Интегральные ОУ содержат один-два каскада усиления, схему снижения уровня, выходной каскад, схему защиты выхода (рис. 6.2).