Проектирование электронной пушки (стр. 1 из 4)
СОДЕРЖАНИЕ
1. Назначение электронной пушки
2. Особенности конструкции пушек, формирующих цилиндрические и ленточные пучки
3. Процедура проектирования электронной пушки
4. Предварительный расчет
5. Результаты проектирования методом синтеза
6. Результаты проектирования методом анализа
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
С развитием научно-технического прогресса от научных работников требуется сокращать сроки разработки и повышать качество проекта. Удовлетворить эти требования с помощью простого увеличения численности проектировщиков нельзя, так как возможность параллельного проведения проектных работ ограничена.
Цель автоматизации проектирования – повысить качество; снизить материальные затраты; сократить сроки проектирования.
В настоящее время наилучшая форма организации процесса достигается при применении систем автоматизированного проектирования (САПР), основными частями которого являются технические средства, общее и специальное программное и математическое обеспечения. Поскольку САПР автоматизированная, а не автоматическая система, инженер-пользователь рассматривается тоже как ее часть.
В САПР решение задач обеспечивается совокупностью программ общего и специального программного обеспечения, разрабатываемого не инженером-пользователем, который, используя эти программы, может не знать многих особенностей их построения и реализованных в них методах, а специалисты по САПР. Программы разрабатываются единожды, а применяются многократно в различных ситуациях, возникающих при проектировании многих объектов. Несмотря на это, знание методов и алгоритмов, реализованных в программах САПР, желательно для инженера-пользователя САПР. Опираясь на них, он сможет избежать многих ошибок в формулировке задач, назначения исходных данных, интерпретации результатов и достичь своих целей с наименьшими затратами общего и машинного времени.
В этой работе проектируется электронная пушка Пирса. Применение САПР значительно ускоряет этот процесс.
1. Назначение электронной пушки
В большинстве современных электронных приборов радиотехнического назначения используются различные по пространственной конфигурации интенсивные (высокопервеансные) электронные пучки.
В приборах с электродинамическим управлением (клистронах, лампах бегущей волны и др.) эта особенность связана непосредственно с самим принципом управления током, основанным на использовании длительного пребывания электронов в рабочем пространстве. В приборах же с квазистатическим управлением применение электронных потоков в виде резко очерченных пучков не является принципиально обязательным, но оно открыло новые возможности в разработке сверхмощных триодов и тетродов. Таким образом, формирование и фокусировка интенсивных электронных пучков - одна из основных задач, решаемых при разработке современных электронных приборов.
Основная задача электронной пушки заключается в формировании интенсивного электронного пучка определенной конфигурации с заданными значениями тока и скорости и, по возможности, с ламинарным движением электронов.
Методы формирования и фокусировки электронных пучков, как правило, связаны с принципом управления ими, особенно в тех приборах, где элементы электронно-оптических устройств входят непосредственно в конструкции колебательных или замедляющих систем.
Рис. 1.1. Экспериментальная электронная пушка Пирса, Ua=50 кВ, P=0.5 мкА/В3/2, Сj=100
Попытки получить пучки определенной конфигурации с заданными значениями тока и скорости и, по возможности, с ламинарным движением электронов при помощи электронных пушек, или прожекторов, используемых в электронно-лучевых трубках и микроскопах, не дали положительных результатов. Поэтому разработка лучевых приборов радиотехнического назначения была тесно связана с поисками новых формирующих и фокусирующих систем.
Существенный вклад был сделан американским ученым Пирсом, предложившим метод формирования прямолинейных ламинарных электронных пучков простой конфигурации: ленточного, цилиндрического и конического. На основе этого метода были разработаны высокоэффективные электронные пушки, которые широко известны под названием пушек Пирса.
В клистронах и лампах бегущей волны в целях получения большой высокочастотной мощности без существенного сокращения срока службы катода очень часто используются аксиально-симметричные электронные пучки с плотностью тока, превышающей допустимую плотность тока катода. Получить такие пучки можно, например, при помощи пушки Пирса (рис. 1.1), конструкция которой состоит из вогнутого сферического эквипотенциального катода 2 с подогревателем 1, широко раскрытого прикатодного электрода 4 и анода 3 с центральным отверстием. Обычно прикатодный электрод имеет потенциал, одинаковый с катодом, и располагается так, что его поверхность является как бы продолжением поверхности катода. Это дает основание называть такую пушку диодной.
Путем соответствующего расчета формы электродов, производимого аналитическим методом или с помощью математического моделирования, в пушке создается такая конфигурация электрического поля, при которой электроны со всей поверхности катода равномерно сходятся в узкий электронный пучок, проходящий сквозь отверстие анода.
Рис. 1.2. Экспериментальная модифицированная пушка Пирса, Ua=20кВ, Р=3 мкА/B3/2, Сj=6: 1—-подогреватель; 2—-катод; 3—прикатодный электрод; 4— -анод; 5—коллектор.
Степень сходимости электронов характеризуется так называемым коэффициентом сходимости (сжатия или компрессии). Различают коэффициент сходимости по плотности тока (или площади поперечного сечения пучка)—Сj, равный отношению максимальной плотности тока в электронном пучке к плотности тока, снимаемого с катода, и коэффициент сходимости по радиусу —Сr, определяемый отношением радиуса катода к радиусу минимального сечения (кроссовера) пучка. Очевидно, что при небольшой кривизне катода
.По мере увеличения коэффициента сходимости в пучке возрастают электростатические силы поперечного расталкивания, препятствующие сжатию пучка. Следовательно, коэффициент сходимости будет зависеть от объемного заряда в формируемом пучке, который определяется первеансом.
Следует подчеркнуть, что в диодных пушках Пирса, которые обычно работают в режиме пространственного заряда, значение первеанса Р=I/U3/2 не зависит от анодного напряжения и, как следует из закона «степени 3/2» для диода, определяется только геометрическими размерами пушки. Поэтому первеанс, являясь параметром электронного пучка, мерой его интенсивности, одновременно является параметром самой пушки, т. е. ее конструкции.
При помощи рассмотренной пушки Пирса можно получать сходящиеся электронные пучки с первеансом Р£ 1 мкА/В. При малых значениях первеанса коэффициент сходимости по плотности может составлять 100 и более, как, например, в пушке, разработанной в лаборатории радиотехнической электроники ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) (см.рис.1.1). При больших значениях Р коэффициент сходимости обычно составляет несколько единиц.
Для получения сходящихся потоков с - более высоким первеансом используют различные модификации пушек Пирса (рис. 1.2). Они характеризуются относительно небольшими расстояниями катод—анод и применением прикатодных электродов закрытой конструкции (см. рис. 1.2). Благодаря таким электродам электрические поля пушек более эффективно компенсируют поперечные расфокусирующие силы пространственного заряда, возрастающие по мере повышения первеанса, и тем самым обеспечивают формирование высокопервеансных сходящихся пучков с минимальными потерями катодного тока на аноде (не более 1—2%). Однако из-за влияния анодных отверстий пушек, заметно ослабляющих поля в центре катодов и работающих как рассеивающие линзы со сферической аберрацией, формируемые ими пучки оказываются неламинарными, с неравномерным распределением плотности тока по радиусу пучков.
2. Проектирование и особенности конструкции пушек, формирующие цилиндрические и ленточные пучки
Физические принципы, на которых базируются пушки Пирса, используются для формирования не только сплошных сходящихся (конических) электронных пучков, но также цилиндрических, плоских (ленточных и клиновидных), трубчатых (полых) пучков.
Формирование параллельного ленточного пучка. Электронная пушка, формирующая параллельный ленточный пучок, может быть создана путем использования части плоскопараллельного потока, который характеризуется соотношениями:
