Виды приборов М – типа

Отличительной особенностью приборов магнетронного типа является наличие в пространстве взаимодействия скрещенных (взаимно перпендикулярных) однородных постоян­ных электрического и магнитного полей. Эти поля участвуют в формировании электронного потока и оказывают влияние на про­цесс взаимодействия потока с полем замедляющей системы. По способу создания электронного потока различают приборы с катодом, находящимся в пространстве взаимодействия, и приборы с катодом, вынесенным из пространства взаимодействия. В первом случае (рис.1а) катод по существу является элементом замедляющей системы (ЗС), а во втором (рис.1б) катод яв-

ляется составной частью от­дельной электронной пушки, вы­несенной из пространства вза­имодействия; роль же отрица­тельного электрода, относительно которого на ЗС пода­ется положительный потенциал, выполняет так называемая подош­ва или холодный катод, расположенный вдоль ЗС. В обоих случа­ях в пространстве взаимодействия формируется поток электронов, движущихся слева направо (если вектор магнитной индукции нап­равлен за плоскость рисунка).

2.Формирование электронного потока в скрещенных полях

Движение электрона в скрещенных полях. Рассмотрим траекто­рию движения электрона под действием однородных электрического и магнитного полей в диоде с плоскими электродами (рис.2). Движение электрона в выбранной системе координат описывается дифференциальными уравнениями:

m d²y/dt² = eE – edx/dt;

m d²x/dt² = eB dy/dt; (1) . m d²z/dt² = 0.

Решение этих уравнений для электрона, находящегося в начале координат в момент времени t = 0 и вылетающего из катода с нулевой начальной скоростью, в параметрической форме имеет вид

x = r(wt - sinwt), y = r (1 - coswt), z = 0, (2)

где

r = m/e (E/B²), w = (e/m) B. (3) Уравнения (2) описывают циклоиду - кривую, представляющую собой траекторию точки М на окруж­ности круга с

радиусом r , катящегося по поверхности катода в на­правлении оси х с угловой скорос­тью w (3). Очевидно, для любого другого электрона, вылетающего в момент времени t = 0 с поверхности катода изменится только начало координат по осям z и х, а характер движения в плоскости ху останется прежним. В результате около катода образует­ся "облако" циклоидально движущихся слева направо электронов, (рис. За)

Электронный поток в скрещенных полях. Средняя скорость движения потока электронов, называемая переносной скоростью, может быть вычислена как средняя скорость одного

электрона вдоль оси х. Используя соотношения (3), можно заметить, что средняя скорость

v_ср = 2πr/T = wr = E/B, (4)

где Т - время одного оборота круга с радиусом r . За время Т центр круга проходит расстояние 2πr , поэтому переносная скорость представляет со­бой скорость движения центра круга.

Из выражений (3) и (4) мож­но сделать вывод о том,

что при увеличении индукции В электрон­ный поток прилегает ближе к катоду, т.е. становится тоньше, а средняя

скорость электронов в нем уменьшает­ся. Увеличение напряженности электрического поля Е приводит к противоположным результатам.

На практике чрезвычайно важным является формирование элект­ронного потока под действием скрещенных полей в диоде с цилинд­рическими электродами. Траектория движения электрона при этом представляет собой эпициклоиду - кривую, описываемую точкой окружности круга, катящегося по поверхности катода. Характер движения электронов остается приблизительно таким же, как и в случае диода с плоскими электродами (рис.3б). Непостоянство электрического поля вдоль координаты у в цилиндрическом диоде приводит к тому, что траектории электронов несколько отличают­ся от эпициклоид, однако качественно поля в цилиндрическом ди­оде оказывают такое же влияние на электронный поток, как и в плоском диоде. Радиус круга, катящегося по поверхности катода цилиндрического диода, в этом случае вычисляется по формуле

r = mE/(eB²) [4r_a²/(r_a + r_k)²],

где r_a и r_k - радиусы анода и катода, а угловая частота по-прежнему определяется выражением (3).

Рассмотрим теперь второй важный в практическом отношении способ формирования электронного потока в скрещенных полях, применяющийся в приборах с вынесенным катодом (рис. 4). При этом способе электроны инжектируются в пространство взаимодействия отдельно расположенной электронной пушкой, в состав которой обычно входят катод и управляющий электрод. В простейшем случае пространство взаимодействия образуют два плоских электрода – анод и холодный катод («подошва»). На анод подается положительный потенциал относительно катода, а на холодный катод - отрицательный, так что эквивалентная плоскость, соответствующая потенциалу катода, проходит в пространстве взаимодействия параллельно "подошве".

На управляющий электрод должен быть подан такой потенциал, чтобы напряженность электрического поля в

месте расположения горячего катода составила половину напряженности Е поля в про­странстве взаимодействия, т.е. Е/2. При этом условии в прост­ранство взаимодействия со стороны горячего катода перпендику­лярно силовым линиям постоянных магнитного и электрического полей инжектируются электроны со скоростью v_о = E/B, так как максимальная скорость электрона на вершине циклоиды в два ра­за больше средней скорости, которая в области горячего катода составляет Е/(2В).

Если в пространство взаимодействия инжектируется извне электрон перпендикулярно силовым линиям постоянных магнитного и электрического полей со скоростью v₀ = E/B, то дальше этот электрон будет двигаться по инерции в заданном направлении, т.е. параллельно плоскости катода, с той же скоростью. Дейст­вительно, в этом случае силы, действующие на электрон со сто­роны электрического и магнитного полей, уравновешиваются, что непосредственно следует из рассмотрения первого уравнения движения электрона (1), при равенстве нулю левой части которо­го и получается dx /dt = Е/В.

Таким образом, в приборах с вынесенным катодом формирует­ся поток электронов, движущихся параллельно холодному катоду с постоянной скоростью v₀ = Е/В.