¿Cómo un Klystrons amplifica la señal de RF?

Un klystron es un dispositivo de alta frecuencia que podría usarse como un amplificador o un oscilador. Su funcionamiento es el siguiente. Antes de 1939, el tiempo de tránsito en triodos, tetrodos y pentodos era un factor limitante para producir amplificadores de alta frecuencia de hasta 30 megahercios, ya que debido al tiempo de tránsito de los electrones que viajaban entre la red y el ánodo, cualquier variación en la red de control no se encuentran con una variación en el ánodo y, por lo tanto, las válvulas de vidrio con un cátodo, una rejilla de control y un ánodo estaban limitadas cuando funcionaban a alta frecuencia. Mientras tanto, el tubo de rayos catódicos necesitaba una pistola de electrones para permitir que se formara un haz de electrones y poder dibujar formas de onda en la pantalla del tubo de rayos catódicos.

El Klystron lineal.

Usando estas dos ideas, el Klystron se formó usando el siguiente concepto. Se usó una pistola de electrones para generar un haz de electrones usando un cátodo calentado, una rejilla y un ánodo acelerador a través del cual los electrones podrían dispararse a lo largo de un camino alejado del ánodo acelerador construido en una forma cilíndrica circular para permitir que los electrones disparen a través del interior vacío del acelerador cilíndrico. Más allá del ánodo acelerador, los electrones libres se hicieron pasar a través de las dos placas perforadas / enrejadas de lo que básicamente era un condensador donde estas placas condensadoras / conectadas en red se conectaron en paralelo a un inductor en forma de una disposición de cobre de tubo circular que finalmente fue llamado resonador de cavidad. Por lo tanto, las placas perforadas / enredadas en paralelo con el inductor formaron un circuito sintonizado.

Este circuito sintonizado con las placas de condensador perforadas permitió que el haz de electrones formado por la pistola de electrones atravesara ambas placas de condensadores perforados. A través de un bucle de acoplamiento, el inductor fue excitado por una señal de entrada que causó que el circuito LC sintonizado resonara y la señal de voltaje apareciera en las placas de condensador separadas y perforadas resultó en la modulación de la velocidad del haz de electrones que viajaba, como cuando la placa remota estaba en una señal positiva de que los electrones que atraviesan las placas del condensador se aceleró, mientras que cuando la señal a través de la placa se invirtió, los electrones en el haz se ralentizaron. A medida que los electrones modulados por velocidad con electrones lentos y rápidos procedían más allá de esta disposición LC sintonizada con una placa de condensador perforada, los electrones rápidos alcanzan al más lento y en un punto / zonas distantes de la placa de condensador sintonizada que moduló el haz, se produjo la creación de un grupo de electrones más denso. A medida que los electrones rápidos avanzaban para encontrarse con el siguiente grupo de electrones lentos, se formó un segundo grupo de alta densidad. Este agrupamiento repetitivo se produjo a una distancia periódica de las placas de condensadores perforadas que modulaban el haz. Debido al hecho de que todos los electrones son negativos, entonces, a medida que se desplazan a través del camino libre, los electrones rápidos se ralentizan mientras que los lentos se hacen ir un poco más rápido con el resultado de que lejos de la posición modulada inicial, el haz comenzará a perder sus propiedades de agrupamiento y se producirá menos efecto de agrupamiento.

Ahora, los primeros racimos de mayor densidad significan que hay una gran cantidad de energía en la carga del racimo que decaerá a medida que se forme el segundo y el tercer racimo. Si uno coloca otro circuito sintonizado con el condensador que tiene dos placas agujereadas y con un inductor en paralelo, entonces los racimos de alta densidad excitarán el segundo circuito sintonizado a través de la carga de alta densidad de los racimos que pasan secuencialmente a través de ambas placas agujereadas del segundo condensador. Desde el segundo circuito resonante, en forma de un resonador de cavidad con un condensador integrado en su centro, la energía en este circuito sintonizado será mayor debido a la transferencia de energía del grupo de electrones de alta densidad a la placa del condensador y al efecto de resonancia con El inductor. Si las placas del condensador se colocan para recoger el segundo grupo, se excitará pero con una cantidad reducida, por lo que esto se repetirá con el tercer grupo y el cuarto grupo a medida que la posición de la placa del condensador se varia a la posición exacta correcta. Dado que los electrones perderán su modulación de velocidad, el tamaño de agrupamiento crecerá y será menos denso y voluminoso hasta que el racimo sea demasiado grande y cortocircuite ambas placas perforadas del condensador, por lo que los racimos más grandes primero reducirán la transferencia de potencia con la segunda y tercera posición de agrupamiento y luego la amplificación se detendrá a medida que se pierdan los racimos y la corriente constante de electrones no causará la excitación del circuito sintonizado a medida que pasan entre las placas de condensador perforadas. La salida se recoge a través de una sonda magnética insertada en la parte magnética inductiva del segundo circuito sintonizado. La entrada al primer circuito resonante (el circuito de agrupamiento) también se aplica a través de una sonda magnética colocada para unir el campo magnético del primer inductor. La salida del segundo circuito sintonizado (el circuito receptor) que es excitado por el haz de electrones de velocidad modulada será mayor que la entrada suministrada al primer circuito sintonizado, por lo tanto, se dice que se ha producido la amplificación.

El oscilador klystron.

Si en esta disposición la salida amplificada del segundo circuito sintonizado se aplica como retroalimentación al primer circuito sintonizado, la señal de entrada podría eliminarse y el resultado sería un oscilador klystron que sostendría una oscilación continua.

El oscilador reflejo klystron.

Si se retira el segundo circuito sintonizado y, en su lugar, se coloca una placa reflectante donde se alimenta con un voltaje NEGATIVO para repeler el haz de electrones modulado en velocidad que se aproxima, entonces esta reflexión actuará como un “campo de gravedad artificial” donde el haz de velocidad modulada con su los racimos se reflejarán en una trayectoria parabólica y se invertirán para volver al primer circuito sintonizado con sus placas de condensador perforadas / enredadas. Los racimos de alta densidad que atraviesan las placas de condensador agujereadas en el primer circuito sintonizado, esto se excitará de manera sostenida. Entonces, bajo este efecto de reflexión, el primer circuito sintonizado con sus placas de condensador perforadas o enredadas actuará como un circuito buncher y catcher al mismo tiempo que tiene electrones yendo en ambos sentidos, es decir, cuando van en un sentido, no están agrupados sino que vienen De vuelta después de desplazarse por un camino parabólico, se agrupan con zonas de alta densidad.

Cabe señalar que los dos resonadores de cavidad (circuitos LC sintonizados) utilizados en los klystrons pueden considerarse como formados por tubos de cobre ranurados a lo largo de su longitud, y luego formados en forma circular del neumático sin cámara de un automóvil con el ranura en el lado interno del anillo de anillo, donde el vacío central se llena con dos placas circulares adyacentes planas, paralelas, agujereadas / neteadas con la circunferencia de las placas planas circulares perforadas / enredadas soldadas al borde del tubo ranurado en el parte interna de la forma del borde del neumático sin cámara “ranurado”. El tubo ranurado anular formaría la parte inductiva, mientras que las placas planas circulares agujereadas formarían las placas de condensador a través de las cuales se desplazan los electrones. El tubo anular ranurado mantendría la circulación del campo magnético en su parte circular, mientras que las dos placas circulares planas con agujeros mantendrán el campo eléctrico a través de ellos, con un tiempo periódico que depende del tamaño de los resonadores de la cavidad.