Klistronski cev: Kaj je to? (Vrste in uporabe)

Kaj je klistronski cev?

Klistron (tudi znan kot klistronski cev ali klistronski pojačevalnik) je vakuumski cev, ki se uporablja za oscilacijo in pojačevanje signalov v mikrovalovnem frekvenčnem območju. Izumljali so ga ameriški električni inženirji Russell in Sigurd Varian.

Klistron uporablja kinetično energijo elektronskega toka. Splošno se uporabljajo nizkomosne klistrone kot oscilatorji, medtem ko se visokomosne klistrone uporabljajo kot izhodni cevi v UHF.

Obstajata dve konfiguraciji nizkomosnega klistrona. Prva je nizkomosni mikrovalovni oscilator (Refleksni klistron) in druga je nizkomosni mikrovalovni pojačevalnik (Dvojevna klistron ali Večjevna klistron).

Kaj je refleksni klistronski oscilator?

Preden odgovorimo na to vprašanje, moramo vedeti, kako se generirajo oscilacije. Za generiranje oscilacij potrebujemo pozitivno povratno vez iz izhoda v vhod. S podminko, da je zazenična zveza enotska.

Za klistron se bodo oscilacije generirale, če se del izhoda uporabi kot povratna vez vhodnemu jevu in ohranja velikost zazenične zveze enotsko. Fazni premik povratne vezi je en cikel (2π) ali več ciklov (večkratnik 2π).

Gradnja refleksnega klistrona

Elektronski tok se vstavi s katode. Nato sledi anoda, znana tudi kot fokusna anoda ali pospeševalna anoda. Ta anoda se uporablja za suženje elektronskega toka. Anoda je povezana z pozitivnim polom DC napajalne vire.

Refleksni klistron ima samo en jev, ki je postavljen ob anodi. Ta jev deluje kot grušeči jev za napredujoče elektrone in zajecelni jev za nazaj gredoče elektrone.

Modulacija hitrosti in toka se dogaja v jevnem praznemu. Praznina je enaka razdalji 'd'.

Repelerska plošča je povezana z negativnim polom napajalnega vira Vr.

Delovanje refleksnega klistrona

Refleksni klistron deluje na principu modulacije hitrosti in toka.

Elektronski tok se vstavi s katode. Elektronski tok prehaja skozi pospeševalno anodo. Elektron se giblje v cevi z enakomerno hitrostjo, dokler ne pride do jeva.

Hitrost elektronov se modulira v jevnem praznemu in ti elektroni skušajo doseči repeler.

Repeler je povezan z negativnim polom napajalnega vira. Zaradi enake polaritete nasprotuje sili elektronov.

Kinetična energija elektronov se zmanjša v prostoru repelera in v nekem trenutku bo enaka nič. Potem se elektron vrne v jev. Vrnitev poteka tako, da se vsi elektroni združejo v eni točki.

Zaradi združevanja elektronov se pojavi modulacija toka. Energija elektronov se pretvori v RF obliko in RF izhod se vzame iz jeva. Za maksimalno učinkovitost klistrona mora združevanje elektronov potekati v sredini jevnega praznega.

Kako se elektroni gibljejo v klistronskem cevu?

Iz elektronskega puščavca (katode) se elektronski tok vstavi v cev. Ti elektroni se gibljejo proti anodi z enakomerno hitrostjo. Nato prehajajo skozi jevn praznega. Hitrost elektronov se spreminja glede na napetost v jevnem praznemu.

Če je napetost v jevnem praznemu pozitivna, se elektroni pospešijo, če pa je negativna, se zavlačijo. Če je napetost enaka nič, se hitrost elektronov ne spremeni.

Ko elektroni zapustijo jevn praznega, imajo vsi elektroni različne hitrosti in te elektroni se gibljejo v prostoru repelera.

Ti elektroni se gibljejo po različnih potih glede na hitrost. Večja hitrost, daljša pot, manjša hitrost, krajeja pot v prostoru repelera.

Vsi ti elektroni se vrnejo v jev in se združejo v sredini jevnega praznega. Energija, ki jo elektroni prenašajo iz jeva, je znana kot RF izhod.

Applgate diagram

Applgate diagram je graf med razdaljo od jevnega praznega in časom, ki ga elektron porabi v prostoru repelera.

Različni elektroni sledijo različnim potem glede na njihovo hitrost. Hitrost elektronov odvisna je od napetosti v jevnem praznemu.

Oglejmo si primer treh elektronov. Referenčni elektron (e0) vstopi v jevn praznega, ko je napetost v jevnem praznemu enaka nič. Zato se hitrost ne spremeni. Prepotuje razdaljo L0 v prostoru repelera in se vrne v jev. Ker je repeler zelo negativen, nasprotuje kinetični energiji elektrona.

Elektron, ki vstopi pred e0, je znana kot zgodnji elektron (ee). Ta elektron vstopi v jevn praznega, ko je napetost pozitivna. Zato se hitrost elektrona poveča. Prepotuje razdaljo Le in se vrne v jev.

Elektron, ki vstopi po e