Tabung Klystron: Apakah itu? (Jenis dan Aplikasi)

Apakah Tabung Klystron?

Klystron (juga dikenali sebagai Tabung Klystron atau Penguat Klystron) adalah tabung vakum yang digunakan untuk menghasilkan dan memperkuat isyarat frekuensi mikro. Ia ditemui oleh jurutera elektrik Amerika, Russell dan Sigurd Varian.

Klystron menggunakan tenaga kinetik dari hujan elektron. Secara umumnya, klystron daya rendah digunakan sebagai osilator dan klystron daya tinggi digunakan sebagai tabung keluaran dalam UHF.

Terdapat dua konfigurasi untuk klystron daya rendah. Yang pertama adalah osilator mikro daya rendah (Reflex Klystron) dan yang kedua adalah penguat mikro daya rendah (Dua Rongga Klystron atau Banyak Rongga Klystron).

Apakah Osilator Reflex Klystron?

Sebelum menjawab soalan ini, kita perlu mengetahui bagaimana getaran dihasilkan. Untuk menghasilkan getaran, kita perlu memberikan maklum balik positif dari output ke input dengan syarat magnitud gandaan gelung adalah satu.

Untuk klystron, getaran akan dihasilkan jika sebahagian daripada output digunakan sebagai maklum balik ke rongga input dan mengekalkan magnitud gandaan gelung satu. Perubahan fasa laluan maklum balik adalah satu siklus (2π) atau beberapa siklus (gandaan 2π).

Pembinaan Reflex Klystron

Hujan elektron disuntikkan dari katod. Kemudian terdapat anod, yang dikenali sebagai anod penumpuan atau anod pemecutan. Anod ini digunakan untuk menyempitkan hujan elektron. Anod ini disambungkan dengan polariti positif sumber voltan DC.

Reflex klystron hanya mempunyai satu rongga, yang diletakkan bersebelahan dengan anod. Rongga ini bertindak sebagai rongga pengumpul untuk elektron yang bergerak ke hadapan dan rongga penangkap untuk elektron yang bergerak ke belakang.

Modulasi halaju dan arus berlaku dalam jurang rongga. Jurang ini sama dengan jarak ‘d’.

Plat repeller disambungkan dengan polariti negatif sumber voltan Vr.

Prinsip Kerja Reflex Klystron

Reflex Klystron bekerja berdasarkan prinsip modulasi halaju dan arus.

Hujan elektron disuntikkan dari katod. Hujan elektron melewati anod pemecutan. Elektron bergerak dalam tabung dengan halaju seragam sehingga mencapai rongga.

Halaju elektron dimodulasi dalam jurang rongga dan elektron-elektron tersebut cuba mencapai plat repeller.

Plat repeller disambungkan dengan polariti negatif sumber voltan. Oleh itu, kerana polariti yang sama, ia menentang daya elektron.

Tenaga kinetik elektron berkurangan dalam ruang repeller dan pada suatu titik, ia akan menjadi sifar. Selepas itu, elektron ditarik kembali ke rongga. Dan dalam perjalanan pulang, semua elektron berkumpul pada satu titik.

Terjadi modulasi arus disebabkan pembentukan kelompok. Tenaga elektron ditukar kepada bentuk RF dan output RF diambil dari rongga. Untuk kecekapan maksimum klystron, pengelompokan elektron mesti berlaku di tengah jurang rongga.

Bagaimana Elektron Bergerak dalam Tabung Klystron?

Dari pistol elektron (katod), hujan elektron disuntikkan ke dalam tabung. Elektron-elektron ini bergerak ke arah anod dengan halaju seragam. Kemudian elektron melewati jurang rongga. Halaju elektron berubah mengikut voltan jurang rongga.

Jika voltan jurang rongga positif, elektron akan dipacu dan jika voltan jurang rongga negatif, elektron akan diperlahankan. Jika voltan adalah sifar, halaju elektron tidak akan berubah.

Apabila elektron meninggalkan jurang rongga, semua elektron mempunyai halaju yang berbeza dan elektron-elektron ini akan bergerak dalam ruang repeller.

Elektron-elektron ini bergerak mengikut jarak mengikut halaju. Semakin tinggi halaju, elektron akan bergerak lebih jauh dan semakin rendah halaju, elektron akan bergerak lebih dekat dalam ruang repeller.

Semua elektron ini akan kembali ke rongga dan berkumpul di tengah jurang rongga. Tenaga elektron yang dipindahkan dari rongga dikenali sebagai output RF.

Rajah Apple-gate

Rajah Apple-gate adalah graf antara jarak dari jurang rongga dan masa yang diambil oleh elektron dalam ruang repeller.

Elektron-elektron yang berbeza mengikuti laluan yang berbeza bergantung pada halaju mereka. Halaju elektron bergantung pada voltan jurang rongga.

Mari ambil contoh tiga elektron. Elektron rujukan (e0) memasuki jurang rongga apabila voltan jurang rongga adalah sifar. Oleh itu, halaju tidak akan berubah. Ia bergerak L0 jarak dalam ruang repeller dan kembali ke rongga. Kerana plat repeller sangat negatif dan ia akan menentang tenaga kinetik elektron.

Elektron memasuki sebelum e0, elektron ini dikenali sebagai elektron awal (ee). Elektron ini memasuki jurang rongga apabila voltan jurang rongga positif. Oleh itu, halaju elektron akan meningkat. Ia akan bergerak Le jarak dan kembali ke rongga.

Elektron memasuki selepas e0, elektron ini dikenali sebagai elektron lewat (el). Elektron ini memasuki jurang rongga apabila voltan jurang rongga negatif. Oleh itu, halaju elektron akan berkurang. Ia akan bergerak L