أنبوب الكلاسترون: ما هو؟ (الأنواع والتطبيقات)

ما هو أنبوب الكليسترون

الكليسترون (المعروف أيضًا باسم أنبوب الكليسترون أو مكبر الكليسترون) هو أنبوب فراغ يستخدم لتعزيز وإذابة الإشارات ذات الترددات الميكروية. تم اختراعه بواسطة المهندسين الكهربائيين الأمريكيين راسل وسيغورد فاريان.

يستخدم الكليسترون طاقة حركة شعاع الإلكترون. عادةً ما يتم استخدام الكليسترونات ذات الطاقة المنخفضة كمذبذبات والكليسترونات ذات الطاقة العالية كأنابيب خرج في الترددات فوق العلوية.

هناك تكوينان للكليسترون ذي الطاقة المنخفضة. الأول هو مذبذب ميكروي ذو طاقة منخفضة (كليسترون الانعكاس) والثاني هو مكبّر ميكروي ذو طاقة منخفضة (كليسترون بتجويفين أو كليسترون متعدد التجاويف).

ما هو مذبذب الكليسترون الانعكاسي

قبل الإجابة على هذا السؤال، يجب أن نعرف كيف يتم توليد الاهتزازات. لتوليد الاهتزازات، يجب تقديم ردود فعل إيجابية من الخرج إلى الدخل مع القيود التي يكون فيها مكسب الحلقة مساويًا للوحدة.

بالنسبة للكليسترون، سيتم توليد الاهتزازات إذا تم استخدام جزء من الخرج كردود فعل للتجويف الداخلي وحفظ مكسب الحلقة مقداره الوحدة. يحدث تحويل الطور في مسار الردود الفعل دورة واحدة (2π) أو عدة دورات (مضاعف 2π).

بناء الكليسترون الانعكاسي

يتم حقن شعاع الإلكترون من الكاثود. ثم يوجد الأنيود المعروف بالأنيود التركيز أو الأنيود المسرع. يتم استخدام هذا الأنيود لتضييق شعاع الإلكترون. يتم توصيل الأنيود بالقطبية الموجبة لمصدر الجهد المستمر.

يحتوي الكليسترون الانعكاسي على تجويف واحد فقط، والذي يوضع بجانب الأنيود. يعمل هذا التجويف كتجويف تجميع للإلكترونات المتحركة للأمام وتجويف التقاط للإلكترونات المتحركة للخلف.

تحدث تعديلات السرعة والتيار في فجوة التجويف. تكون الفجوة مساوية للمسافة 'd'.

يتم توصيل لوحة الرادع بالقطبية السالبة لمصدر الجهد Vr.

مبدأ عمل الكليسترون الانعكاسي

يعمل الكليسترون الانعكاسي على مبدأ تعديل السرعة والتيار.

يتم حقن شعاع الإلكترون من الكاثود. يمر شعاع الإلكترون عبر الأنيود المسرع. يتحرك الإلكترون في الأنبوب بسرعة موحدة حتى يصل إلى التجويف.

يتم تعديل سرعة الإلكترونات في فجوة التجويف وهذه الإلكترونات تحاول الوصول إلى الرادع.

يتم توصيل الرادع بالقطبية السالبة لمصدر الجهد. وبالتالي، بسبب القطبية نفسها، فإنه يعارض قوة الإلكترونات.

تنخفض طاقة الحركة للإلكترونات في مساحة الرادع وفي بعض النقط، ستكون صفرًا. بعد ذلك، يتم سحب الإلكترون مرة أخرى إلى التجويف. وفي رحلة العودة، تتجمع جميع الإلكترونات في نقطة واحدة.

سيكون هناك تعديل للتيار بسبب تكون المجموعات. يتم تحويل طاقة الإلكترونات إلى شكل RF ويتم أخذ الخرج RF من التجويف. من أجل كفاءة القصوى للكليسترون، يجب أن يحدث تجميع الإلكترونات في مركز فجوة التجويف.

كيف تتحرك الإلكترونات في أنبوب الكليسترون

يتم حقن شعاع الإلكترون من مدفع الإلكترون (الكاثود) في الأنبوب. تتحرك هذه الإلكترونات نحو الأنيود بسرعة موحدة. ثم تمر الإلكترونات عبر فجوة التجويف. تتغير سرعة الإلكترونات وفقًا لجهد فجوة التجويف.

إذا كان جهد فجوة التجويف موجبًا، سيتم تسريع الإلكترون وإذا كان جهد فجوة التجويف سالبًا، سيتم تباطؤ الإلكترون. إذا كان الجهد صفرًا، لن يتغير سرعة الإلكترونات.

عندما تترك الإلكترونات فجوة التجويف، فإن جميع الإلكترونات لها سرعات مختلفة وتنتقل هذه الإلكترونات في مساحة الرادع.

تقطع هذه الإلكترونات المسافة وفقًا للسرعة. كلما زادت السرعة، سيقطع الإلكترون مسافة أكبر وكلما انخفضت السرعة، سيقطع الإلكترون مسافة أقل في مساحة الرادع.

تعود جميع هذه الإلكترونات إلى التجويف وتتجمع في مركز فجوة التجويف. يتم نقل طاقة الإلكترونات من التجويف وهو ما يعرف بـ الخرج RF.

رسم آبل-غيت

رسم آبل-غيت هو رسم بياني بين المسافة من فجوة التجويف والوقت الذي تستغرقه الإلكترونات في مساحة الرادع.

تتبع الإلكترونات المختلفة مسارات مختلفة وفقًا لسرعتها. تعتمد سرعة الإلكترونات على جهد فجوة التجويف.

لنأخذ مثالًا على ثلاثة إلكترونات. الإلكترون المرجعي (e0) يدخل فجوة التجويف عندما يكون جهد فجوة التجويف صفرًا. وبالتالي، لن تتغير السرعة. يقطع مسافة L0 في مساحة الرادع ويتم سحبه مرة أخرى إلى التجويف. نظرًا لأن لوحة الرادع سالبة للغاية وستعارض طاقة الحركة للإلكترون.

يدخل الإلكترون قبل e0، وهذا الإلكترون يُعرف بالإلكترون المبكر (ee). يدخل هذا الإلكترون فجوة التجويف عندما يكون جهد فجوة التجويف موجبًا. لذلك، ستزيد سرعة الإلكترون. سيقطع مسافة Le ويتم سحبه مرة أخرى إلى التجويف.

يدخل الإلكترون بعد e0، وهذا الإلكترون يُعرف بالإلكترون المتأخر (el). يدخل هذا الإلكترون فجوة التجويف عندما يكون جهد فجوة التجويف سالبًا. لذلك، ستقل سرعة الإلكترون. سيقطع مسافة L