Клістрона - джерело надшвидких коливань
Широке застосування як генератор надвисоких частот отримав так званий клістрон. В електронних приладах цього типу коливальні контури розташовуються окремо від лампи, а становлять із нею одне нерозривне ціле.
Принцип влаштування клістрона висунуто в 1932 році радянським радіофізиком Д. А. Рожанським. Через кілька років наші вчені збудували такий прилад, і тепер він успішно працює в діапазоні радіохвиль від 10 до 1 сантиметра.
Однією з частин клістрона, як і будь-якої радіолампи, є катод. Тут бере свій початок потік електронів, що швидко летять. Особливий пристрій «стягує» їх у вузький пучок і направляє вздовж осі балона до збірного електрода, що має високу позитивну напругу.
Усі електрони першому ділянці свого шляху летять приблизно однаковою швидкістю, утворюючи у цій ділянці безперервний однорідний потік. Але вони потрапляють у простір між двома сітками, розташованими дуже близько одна до іншої, і в русі їх настає різка зміна.
Сітки є протилежними стінками порожнистого резонатора, до якого підводяться електромагнітні коливання. У просторі між сітками створюється електричне поле, що діє електрони.
Сила цього поля дуже часто змінює свій напрямок. У деякий момент часу вона діє подібно до зустрічного вітру і гальмує рух електронів. Потім дія її припиняється, тому що поле зникає. Потім поле з'являється знову, але сила його діє вже у зворотний бік, підганяючи електрони, подібно до попутного вітру, і рух їх прискорюється. Таке втручання веде до перебудови електронного потоку, яка потрібна на порушення надшвидких коливань. Простежимо уважніше, як це відбувається.
Змінне електричне поле,створене по дорозі електронів, змушує їх рухатися з різними швидкостями. Ті електрони, які пролетіли між сітками резонатора при полі, що гальмує, втратили частину своєї швидкості і стали переміщатися повільніше, ніж раніше. Електрони, що пролетіли крізь сітки трохи пізніше, не зазнали впливу електричного поля і продовжують політ із колишньою швидкістю. Електрони, що пролетіли між сітками ще пізніше при прискорюючому полі, отримали додатковий розгін і рухаються тепер із більшою швидкістю.
Вилітаючи межі резонатора, електрони потрапляють у простір, де змінне електричне полі не діє і де швидкості їх змінюються.
Раніше за всіх там з'являються уповільнені електрони, які рухаються попереду. За ними йдуть електрони, швидкість яких не змінилася, і нарешті дещо позаду електрони, що отримали прискорення. Відстані, що їх поділяють, стрімко скорочуються. Електрони, що летять із середньою швидкістю, наздоганяють передніх, а найшвидші, що ззаду летять, наздоганяють і тих, і інших.
На деякій відстані від резонатора окремі електрони збираються в групу великої щільності, перед якою створюється розрідження. Групування електронів йде безперервно. Не встигне один електронний потік покинути це місце, як тут з'являється новий. Так рівномірний потік електронів перетворюється на окремі електронні згустки, здатні віддавати енергію сильними імпульсами - поштовхами.
Саме там, де створюється найбільше згущення, для уловлювання цієї енергії поміщають другий порожнистий резонатор. Дві його протилежні стінки з отворами утворюють другу пару сіток, поставлену на шляху електронів, що летять. Перетинаючи простір між цими сітками, електрони тут віддають свою енергію. Електронний «прибій» діє на резонатор і вньому виникають потужні електромагнітні коливання, які за допомогою металевої петлі, вставленої в резонатор через невеликий отвір, відводяться для використання.
За межами другого резонатора угруповання електронів не зберігається. Там електрони потрапляють на збірний заряджений електрод - колектор.
Чим цікаві коливання, що виникають у другому резонаторі? По частоті вони збігаються з коливаннями першого резонатора, який здійснює групування електронів, але потужність їх у кілька разів більша. Таким чином, клістро може працювати як підсилювач коливань, що підводяться до першого резонатору. Якщо ж другий резонатор електрично з'єднати з першим, то це з'єднання виконуватиме роль, подібну до зворотного зв'язку у звичайному ламповому генераторі, - клітрон сам перетвориться на джерело надшвидких коливань. Коли клітрон підключається до джерел електроживлення, неминуче виникає електричний «поштовх», що викликає власні коливання резонаторах. Завдяки зворотному зв'язку деяка частка енергії коливань другого резонатора потрапляє у перший і викликає групування електронів. В результаті енергія електронного «прибою» підтримуватиме коливання другого резонатора, не даючи їм загаснути.
Клістрони малої потужності робляться з одним резонатором, який одночасно і групує електрони, і вловлює їхню енергію. Такі клістрони простіше налаштовуються та використовуються переважно для створення допоміжних коливань у приймачах сантиметрових хвиль.
Джерело: Ф. Честнов - "У світі радіо", 1954р.