Klystron - източник на свръхбързи трептения

Така нареченият клистрон се използва широко като микровълнов генератор. В електронните устройства от този тип колебателните вериги не са разположени отделно от лампата, а образуват едно неразривно цяло с нея.

Принципът на клистронното устройство е изложен през 1932 г. от съветския радиофизик Д. А. Рожански. Няколко години по-късно нашите учени построиха такова устройство и сега то успешно работи в обхвата на радиовълните от 10 до 1 сантиметър.

Една от частите на клистрона, като всяка радио тръба, е катодът. Тук произхожда поток от бързо летящи електрони. Специално устройство ги „дърпа“ в тесен лъч и ги насочва по оста на балона към събирателния електрод, който има високо положително напрежение.

Всички електрони в първия участък от пътя си летят с приблизително еднаква скорост, образувайки непрекъснат хомогенен поток в този участък. Но след това те попадат в пространството между две решетки, разположени много близо една до друга и в тяхното движение настъпва рязка промяна.

Решетките са противоположните стени на кух резонатор, към които се подават електромагнитни трептения. В пространството между решетките се създава електрическо поле, въздействащо върху електроните.

Силата на това поле много често променя посоката си. В даден момент от време той действа като попътен вятър и забавя движението на електроните. След това спира да действа, тъй като полето изчезва. Тогава полето се появява отново, но силата му действа в обратна посока, подтиквайки електроните, като заден вятър и движението им се ускорява. Такава намеса води до преструктуриране на електронния поток, необходимо за възбуждане на свръхбързи трептения. Нека разгледаме отблизо как се случва това.

Променливо електрическо поле, създадено по пътя на електроните, ги кара да се движат с различна скорост. Тези електрони, които летяха между решетките на резонатора с забавящото поле, загубиха част от скоростта си и започнаха да се движат по-бавно от преди. Електроните, летящи през решетките малко по-късно, не са усетили влиянието на електрическото поле и продължават да летят със същата скорост. Електроните, които летяха между решетките дори по-късно с ускоряващо поле, получиха допълнително ускорение и сега се движат с по-висока скорост.

Избягвайки извън резонатора, електроните навлизат в пространството, където променливото електрическо поле вече не действа и където скоростите им не се променят.

На първо място, има забавени електрони, които се движат напред. Те са последвани от електрони, чиято скорост не се е променила и накрая малко назад ? електроните се ускоряват. Разстоянията, които ги разделят, бързо се затварят. Електроните, летящи със средна скорост, догонват предните, а най-бързите, летящи отзад, настигат и двата.

На известно разстояние от резонатора отделни електрони се събират в група с висока плътност, пред която се създава разреждане. Групирането на електроните продължава непрекъснато. Веднага щом един електронен съсирек напусне това място, тъй като тук се появява нов. И така, равномерният поток от електрони се превръща в отделни електронни снопчета, способни да отделят енергия при силни импулси дръпвания.

Точно там, където се създава най-голямата концентрация, се поставя втори кух резонатор за улавяне на тази енергия. Двете му противоположни стени с дупки образуват втора двойка решетки, поставени по пътя на летящите електрони. Пресичайки пространството между тези решетки, електроните се отказват от енергията си тук. Електронният "сърф" действа върху резонатора и в него възникват мощни електромагнитни трептения, които с помощта на метален контур, вкаран в резонатора през малък отвор, се отклоняват за използване.

Сгрупването на електрони вече не се запазва извън втората кухина. Там електроните падат върху събиращия положително зареден електрод - колектора.

Какво е толкова интересното в трептенията, възникващи във втория резонатор? По честота те съвпадат с трептенията на първия резонатор, който произвежда групиране на електрони, но мощността им е няколко пъти по-голяма. По този начин klystroi може да работи като усилвател на трептенията, подавани към първия резонатор. Ако вторият резонатор е електрически свързан с първия, тогава тази връзка ще изпълнява роля, подобна на обратната връзка в конвенционален генератор на лампа - самият клистрон ще се превърне в източник на свръхбързи трептения. Когато клистронът е свързан към захранвания, неизбежно се появява електрически „потръпване“, което предизвиква естествени трептения в резонаторите. Благодарение на обратната връзка, определена част от вибрационната енергия на втория резонатор постъпва в първата и причинява електронно сглобяване. В резултат на това енергията на електронния "сърф" ще поддържа трептенията на втория резонатор, предотвратявайки тяхното затихване.

Клистроните с ниска мощност са направени с един резонатор, който едновременно групира електрони и улавя енергията им. Такива клистрони са по-лесни за настройка и се използват главно за създаване на спомагателни трептения в сантиметрови вълнови приемници.

Източник: Ф. Честнов - „В света на радиото“, 1954.