Угловая частота ω в записанном выражении для мгновенного значения напряжения определяется в зависимости от заданной частоты источника переменного тока

ω = 2πf = 2 ∙ 3,14 ∙ 50 = 314 1/с .

Индуктивные сопротивления

x_L1 = ω L₁ = 314 ∙ 63,8 ∙ 10^–3 = 20 Ом,

x_L2 = ω L₂ = 314 ∙ 47,8 ∙ 10^–3 = 15 Ом,

x_L3 = ω L₃ = 314 ∙ 63,7 ∙ 10^–3 = 20 Ом.

Ёмкостные сопротивления

x_С2 =1/(ω С₂) = 1/(314 ∙ 318 ∙ 10^–6) = 10 Ом,

x_С3 =1/(ω С₃) = 1/(314 ∙ 212,3 ∙ 10^–6) = 15 Ом.

Полное сопротивление участков цепи в комплексной форме

Преобразованная цепь изображена на рисунке 6, a.

Чтобы не загромождать рисунок, в преобразованной схеме исключены измерительные приборы, которые на расчёт токов и напряжений не влияют.

По аналогии с цепью постоянного тока осуществляем эквивалентные преобразования цепи, представленные на рисунках 6, би в.

Рисунок 6 – Эквивалентная (а) и упрощенные (б, в) схемы цепи

Параллельно соединенные элементы z₂, z₃, z₄ заменяем одним эквивалентным z₂₃₄

Последовательно соединенные элементы z₁ и z₂₃₄ заменяем одним эквивалентным

2. Для упрощенной схемы, представленной на рисунке 6, в, по закону Ома определим действующее значение комплексного тока I₁ в неразветвленной части цепи

Далее определяем падение напряжения на участках:

Комплексное падение напряжения на параллельном участке:

Токи в ветвях после разветвления:

Если разветвленный участок имеет только две ветви, включенные параллельно, то токи в ветвях после разветвления можно определять без расчета U_cd,используя формулу разброса.

3. Модули показательной формы выражений для токов есть действующие значения реальных токов ветвей, которые фиксируют приборы электромагнитной системы. Следовательно, амперметр в первой ветви покажет 6,764 А.

Вольтметр, включенный параллельно емкостному элементу, покажет падение напряжения на нем. Так как падение напряжения на участке есть произведение тока участка на значение его сопротивления, то получаем:

,

где z_V– полное комплексное сопротивление участка, на котором определяется падение напряжения.

Так как в примере находим падение напряжения на емкостном элементе с сопротивлением x_С3, то

Падение напряжения на емкостном элементе

Показание вольтметра есть модуль выражения U_V, т. е.U_V= 51,97 В.

Ваттметр, включенный на входе цепи, показывает активную мощность, потребляемую всей схемой. Эта мощность будет действительной частью выражения комплекса полной мощности Sна входе, которае имеет вид

Активная мощность Р_ист = 956,34 Вт, реактивная мощность Q_ист = 1140,04 вар, значит показание ваттметра Р_w = 956,34 Вт

4. Для проверки результатов расчета необходимо составить баланс активных и реактивных мощностей. Эти балансы показывают, что активные и реактивные мощности на входе должны быть равны сумме соответственно активных и реактивных мощностей всех потребителей.

Активная мощность на входе определена, а активные мощности отдельных потребителей рассчитывают как произведение активного сопротивления участка на квадрат действующего значения тока этого участка. В рассматриваемой схеме два активных потребителя

r₁ иr₂. Суммарная активная мощность нагрузки

Относительная ошибка вычислений для активной мощности

Ошибка менее одного процента допускается. Она возникает из-за округ-

ления числовых данных при расчете.

Реактивную мощность потребителей определяют как произведение квадрата тока реактивного элемента на его сопротивление. Причем реактивная мощность катушки индуктивности положительна, а конденсатора отрицательна.

Как говорить верно. «Частота тока» или «частота напряжения» ???

Частота переменного тока может изменяться по синусоиальному, косинусоидальному закону. I = Imax cos(wt+fi) Напряжение связано с током. U=RI Для определенного момента времени, определенного элемента цепи. Возьмём кусочек цепи. Резистор. Ur= fi2-fi1= I*R Сопротивление R постоянно. Значит и U во времени будет изменяться по синусоиальному закону. Это для переменного тока. Почему вообще бегут электрончики по проводу, которые в единицу времени мы называем электротоком? I=d(Nqe) / dt Потому что мы приложили разность потенциалов к проводу. Мы можем воткнуть в розетку концы проверочной лампочки, можем подсоединить к постоянной эдс. Если эдс постоянно, то тогда само собой ток не будет синусоидальным. Забыла, в розетке ток постоянный, или нет) шас посмотрю… Ну правильно все. 220-это действующее значение. И там переменный. В общем, чувак, частота у тока не мешает частоте у напряжения) <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/245988809_c67936910baa8ef105c379824e6e6fff_800.png» data-lsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/245988809_c67936910baa8ef105c379824e6e6fff_120x120.png»>

Частота ОдинокогоМагнитногоПоля.

частота розетки

частота периода волны синусоидального сигнала электрического потенциала

Смотря, о чем ты говоришь. О частоте тока или о частоте напряжения. Или о частоте приливов, или о частоте пульса. Слова — они для передачи мыслей придуманы.

Важной величиной, характеризующей ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, является частота. Она представляет собой число колебаний или число периодов в секунду.

Правильный ответ будет просто «Частота». Давай неудачник закинь мой ответ в удаленные)))

Все вышеприведённые ответы в общем случае неверны. Можно построить такую цепь, в которой частота напряжения и частота тока между конкретными точками будут различны (!) А в частном случае, когда речь идёт об электроснабжении и т. п., то обычно говорят о переменном токе, хотя на самом деле переменным является прежде всего напряжение, а ток — не обязательно.

Тебе НИКАК говорит не верно. Ибо ты НИЧЕГО связного сказать не способен.

Не Один в магнитном поле воин? Привычнее ТОК ЧАСТОТОЙ….

Зависит от того, что ты исследуешь (приоритет) —-ток, напряжение.

Я кстати прочитал ответ здесь ток что милости прошу))) <a rel=»nofollow» href=»https://meanders.ru/vse-chto-nuzhno-znat-pro-zakon-oma.shtml» target=»_blank»>https://meanders.ru/vse-chto-nuzhno-znat-pro-zakon-oma.shtml</a>

Формы и характеристики электрических сигналов

Часто в электронных схемах требуется сгенерировать разные типы сигналов, имеющих различные частоты и формы, такие как меандры, прямоугольные, треугольные, пилообразные сигналы и различные импульсы.

Эти сигналы различной формы могут использоваться в качестве сигналов синхронизации, тактирующих сигналов или в качестве запускающих синхроимпульсов. В первую очередь необходимо понять основные характеристики, описывающие электрические сигналы.

С технической точки зрения, электрические сигналы являются визуальным представлением изменения напряжения или тока с течением времени. То есть, фактически — это график изменения напряжения и тока, где по горизонтальной оси мы откладываем время, а по вертикальной оси — значения напряжения или тока в этот момент времени. Существует множество различных типов электрических сигналов, но в целом, все они могут быть разбиты на две основные группы.

• Однополярные сигналы — это электрические сигналы, которые всегда положительные или всегда отрицательные, не пересекающие горизонтальную ось. К однонаправленным сигналам относятся меандр, тактовые импульсы и запускающие импульсы.
• Двухполярные сигналы — эти электрические сигналы также называют чередующимися сигналами, так как они чередуют положительные значения с отрицательными, постоянно пересекая нулевое значение. Двухполярные сигналы имеют периодическое изменение знака своей амплитуды. Наиболее распространенным из двунаправленных сигналов, является синусоидальный.

Будучи однонаправленными, двунаправленными, симметричными, несимметричными, простыми или сложными, все электрические сигналы имеют три общие характеристики:

• Период — это отрезок времени, через который сигнал начинает повторяться. Это временное значение также называют временем периода для синусоид или шириной импульса для меандров и обозначают буквой T.
• Частота — это число раз, которое сигнал повторяет сам себя за период времени равный 1 секунде. Частота является величиной, обратной периоду времени, (). Единицей измерения частоты является Герц (Гц). Частотой в 1Гц, обладает сигнал, повторяющий 1 раз за 1 cекунду.
• Амплитуда — это величина изменения сигнала. Измеряется в Вольтах (В) или Амперах (А), в зависимости от того, какую временную зависимость (напряжения или тока) мы используем.

 

Периодические сигналы

Периодические сигналы являются самыми распространенными, поскольку включают в себя синусоиды. Переменный ток в розетке дома представляет из себя синусоиду, плавно изменяющуюся с течением времени с частотой 50Гц.

Время, которое проходит между отдельными повторениями цикла синусоиды называется ее периодом. Другими словами, это время, необходимое для того, чтобы сигнал начал повторяться.

Период может изменяться от долей секунды до тысяч секунд, так как он связан с его частотой. Например, синусоидальный сигнал, которому требуется 1 секунда для совершения полного цикла, имеет период равный одной секунде. Аналогично, для синусоидального сигнала, которому требуется  5 секунд для совершения полного цикла, имеет период равный 5 секундам, и так далее.

Итак, отрезок времени, который требуется для сигнала, чтобы завершить полный цикл своего изменения, прежде чем он вновь повторится, называется периодом сигнала и измеряется в секундах. Мы можем выразить сигнал в виде числа периодов T в секунду, как показано на рисунке ниже.

 

Синусоидальный сигнал

Время периода часто измеряется в секундах ( с ), миллисекундах (мс) и микросекундах (мкс).

Для синусоидальной формы волны, время периода сигнала также можно выражать в градусах, либо в радианах, учитывая, что один полный цикл равен 360° (Т = 360°), или, если в радианах, то (T = ).

Период и частота математически являются обратными друг другу величинами. С уменьшением времени периода сигнала, его частота увеличивается и наоборот.

Соотношения между периодом сигнала и его частотой:

Гц

c

Один герц в точности равен одному циклу в секунду, но один герц является очень маленькой величиной, поэтому часто можно встретить префиксы, обозначающие порядок величины сигнала, такие как кГц, МГц, ГГц и даже ТГц

Префикс	Определение	Запись	Период
Кило	тысяча	кГц	1 мс
Мега	миллион	МГц	1 мкс
Гига	миллиард	ГГц	1 нс
Тера	триллион	ТГц	1 пс

 

Меандр

Меандры широко используются в электронных схемах для тактирования и сигналов синхронизации, так как они имеют симметричную прямоугольную форму волны с равной продолжительностью полупериодов. Практически все цифровые логические схемы используют сигналы в виде меандра на своих входах и выходах.

Так как форма меандра симметрична, и каждая половина цикла одинакова, то длительность положительной части импульса равна промежутку времени, когда импульс отрицателен (нулевой). Для меандров, используемых в качестве тактирующих сигналов в цифровых схемах, длительность положительного импульса называется временем заполнения периода.

Для меандра, время заполнения равно половине периода сигнала. Так как частота равна обратной величине периода, (1/T), то частота меандра:

   

Например, для сигнала с временем заполнения равным 10 мс, его частота равна:

Гц

Меандры используются в цифровых системах для представления уровня логической «1» большими значениями его амплитуды и уровня логического «0» маленькими значениями амплитуды.

Если время заполнения, не равно 50% от длительности его периода, то такой сигнал уже представялет более общий случай и называется прямоугольным сигналом. В случае,  или если время положительной части периода сигнала мало, то такой сигнал, является импульсом.

 

Прямоугольный сигнал

Прямоугольные сигналы отличаются от меандров тем, что длительности положительной и отрицательной частей периода не равны между собой. Прямоугольные сигналы поэтому классифицируются как несимметричные сигналы.

В данном случае я изобразил сигнал, принимающий только положительные значения, хотя, в общем случае, отрицательные значения сигнала могут быть значительно ниже нулевой отметки.

На изображенном примере, длительность положительного импульса больше, чем длительность отрицательного, хотя, это и не обязательно. Главное, чтобы форма сигнала была прямоугольной.

Отношение периода повторения сигнала , к длительности положительного импульса , называют скважностью:

   

Величину обратную скважности называют коэффициентом заполнения (duty cycle):

   

Пример расчета

Пусть имеется прямоугольный сигнал с импульсом длительностью 10мс и коэффициентом заполнения 25%. Необходимо найти частоту этого сигнала.

Коэффициент заполнения равен 25% или ¼, и совпадает с шириной импульса, которая составляет 10мс. Таким образом, период сигнала должен быть равен: 10мс (25%) + 30мс (75%) = 40мс (100%).

Гц

Прямоугольные сигналы могут использоваться для регулирования количества энергии, отдаваемой в нагрузку, такую, например, как лампа или двигатель, изменением скважности сигнала. Чем выше коэффициент заполнения, тем больше среднее количество энергии должно быть отдано в  нагрузку, и, соответственно, меньший коэффициент заполнения, означает меньшее среднее количество энергии, отдаваемое в нагрузку. Отличным примером этого является использование широтно-импульсной модуляции в регуляторах скорости. Термин широтно-импульсная модуляция (ШИМ) буквально и означает «изменение ширины импульса».

 

Треугольные сигналы

Треугольные сигналы, как правило, это двунаправленные несинусоидальные сигналы, которые колеблются между положительным и отрицательным пиковыми значениями. Треугольный сигнал представляет собой относительно медленно линейно растущее и падающее напряжение с постоянной частотой.  Скорость, с которой напряжение изменяет свое направление равна для обоих половинок периода, как показано ниже.

Как правило, для треугольных сигналов, продолжительность роста сигнала, равна продолжительности его спада, давая тем самым 50% коэффициент заполнения. Задав амплитуду и частоту сигнала, мы можем определить среднее значение его амплитуды.

В случае несимметричной треугольной формы сигнала, которую мы можем получить изменением скорости роста и спада на различные величины, мы имеем еще один тип сигнала известный под названием пилообразный сигнал.

 

Пилообразный сигнал

Пилообразный сигнал — это еще один тип периодического сигнала. Как следует из названия, форма такого сигнала напоминает зубья пилы. Пилообразный сигнал может иметь зеркальное отражение самого себя, имея либо медленный рост, но очень крутой спад, или чрезвычайно крутой, почти вертикальный рост и медленный спад.

Пилообразный сигнал с медленным ростом является более распространенным из двух типов сигналов, являющийся, практически, идеально линейным. Пилообразный сигнал генерируется большинством функциональных генераторов и состоит из основной частоты (f) и четных гармоник. Это означает, с практической точки зрения, что он богат гармониками, и в случае, например, с музыкальными синтезаторами, для музыкантов дает качественный звук без искажений.

 

Импульсы и запускающие сигналы (триггеры)

Хотя, технически, запускающие сигналы и импульсы два отдельных типа сигналов, но отличия между ними незначительны. Запускающий сигнал — это всего лишь очень узкий импульс. Разница в том, что триггер может быть как положительной, так и отрицательной полярности, тогда как импульс только положительным.

Форма импульса, или серии импульсов, как их чаще называют, является одним из видов несинусоидальной формы сигналов, похожей на прямоугольный сигнал. Разница в том, что импульсный сигнал определяется часто только коэффициентом заполнения. Для запускающего сигнала положительная часть сигнала очень короткая с резкими ростом и спадом и ее длительностью, по сравнению с периодом, можно пренебречь.

Очень короткие импульсы и запускающие сигналы предназначены для управления моментами времени, в которые происходят, например, запуск таймера, счетчика, переключение логических триггеров а также для управления тиристорами, симисторами и другими силовыми полупроводниковыми приборами.

Я рассмотрел здесь только основные виды электрических сигналов. Остальные типы сигналов, обычно, получают их комбинацией или модуляцией (изменением параметров, используя другой сигнал), например: 

• Амплитудно-модулированный сигнал
• Частотно-модулированный сигнал
• Фазо-модулированный сигнал
• Фазо-частотно-модулированный сигнал
• Фазо-кодо-манипулированный сигнал

Подробно я вернусь к ним в своих последующих публикациях.

 

---

Еще по этой теме

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

ГРАНИЧНАЯ ЧАСТОТА — это… Что такое ГРАНИЧНАЯ ЧАСТОТА?



ГРАНИЧНАЯ ЧАСТОТА

частота, на к-рой напряжение U или сила тока I в электрнч. цепи (фильтр, колебат. контур и др.), крутизна хар-ки транзистора уменьшаются до значения, принятого за минимально допускаемое (в большинстве случаев в корень из 2 раз от Макс. значения). Различают верхнюю и нижнюю Г. ч., их разность определяет полосу пропускания электрич. цепи. См. рис.

К ст. Граничная частота. Зависимость U/U_maх или U/U_max электрической цепи от частоты f; f_Н1 и f_Н2 — нижние, f_Н1 и f_Н2 — верхние граничные частоты

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

• ГРАНИТОЛЬ
• ГРАНКА

Смотреть что такое «ГРАНИЧНАЯ ЧАСТОТА» в других словарях:

• граничная частота — частота среза [IEV number 151 13 54] EN cut off frequency lower or upper limiting frequency of a pass band or stop band [IEV number 151 13 54] FR fréquence de coupure, f fréquence limite inférieure ou supérieure… …   Справочник технического переводчика

• граничная частота — ribinis dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažnis, kuriam esant tam tikros grandinės ar įtaiso perdavimo faktoriaus vertė sumažėja tam tikru dydžiu jo vertės dažnių srityje, kurioje ji nepriklauso nuo dažnio,… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• граничная частота — kraštinis dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažnis, kuriam esant stiprintuvo galios stiprinimo koeficientas sumažėja iki 50 % didžiausios jo vertės. atitikmenys: angl. cut off frequency vok. Grenzfrequenz, f;… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• граничная частота — ribinis dažnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. boundary frequency; cut off frequency; limiting frequency vok. Grenzfrequenz, f; Schnittfrequenz, f rus. граничная частота, f; предельная частота, f; частота среза, f pranc. fréquence de… …   Fizikos terminų žodynas

• граничная частота — ribinis dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. boundary frequency; limit frequency; limiting frequency vok. Grenzfrequenz, f rus. граничная частота, f; предельная частота, f pranc. fréquence de coupure, f; fréquence limite, f …   Automatikos terminų žodynas

• граничная частота магнитного поля — граничная частота Частота синусоидального магнитного поля, при которой действительная часть комплексной магнитной проницаемости уменьшается до значения, составляющего 70 % от начальной магнитной проницаемости при нормальной температуре и… …   Справочник технического переводчика

• граничная частота коэффициента передачи тока — Частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером экстраполируется к единице. Обозначение fгр ft Примечание Частота, равная произведению модуля коэффициента передачи тока на частоту измерения, которая находится в… …   Справочник технического переводчика

• граничная частота шумового диода — fгр finc Значение частоты, на которой спектральная плотность напряжения или мощности шумового диода имеет максимальное отклонение от ее среднего значения. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины шумовые диоды …   Справочник технического переводчика

• Граничная частота транзистора — Для улучшения этой статьи желательно?: Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение). Проставить для статьи более точные категории. Проставить интервики в рамках проекта Интервики …   Википедия

• Граничная частота коэффициента передачи тока — 30. Граничная частота коэффициента передачи тока D. Übergangsfrequenz der Stromverstärkung (Transitfrequenz) E. Transition frequency F. Fréquence de transition fгр Частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

частота напряжения — это… Что такое частота напряжения?



частота напряжения

n

electr. Spannungsfrequenz

Универсальный русско-немецкий словарь. Академик.ру. 2011.

• частота накачки
• частота настройки

Смотреть что такое «частота напряжения» в других словарях:

• частота напряжения питания (возбуждения управления) информационной электрической машины — Частота электрического напряжения на выводах цепей питания (возбуждения, управления), информационной электрической машины, установленная как номинальное значение с предельными отклонениями или как номинальный диапазон значений. [ГОСТ 27471 87]… …   Справочник технического переводчика

• частота напряжения электропитания — 3.1.14 частота напряжения электропитания: Частота повторения колебаний основной гармоники напряжения электропитания, измеряемая в течение установленного интервала времени. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• частота управляющего напряжения интегральной микросхемы — частота управляющего напряжения Частота напряжения на управляющем входе интегральной микросхемы при заданной скважности, при которой значения выходного напряжения низкого и высокого уровней удовлетворяют заданным значениям. Обозначение fупр fI… …   Справочник технического переводчика

• частота — 3.2 частота: Вероятность появления последствия (возникновения опасного события). Источник: ГОСТ Р ИСО/ТС 14798 2003: Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа риска 06.01.15 частота [ frequency]: Число циклов периодического… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• частота повторения изменений напряжения — Число одиночных изменений напряжения в единицу времени. [ГОСТ 13109 97] Тематики качество электрической энергии …   Справочник технического переводчика

• частота единичного усиления интегральной микросхемы — частота единичного усиления Ндп. полоса единичного усиления Частота, на которой модуль коэффициента усиления напряжения интегральной микросхемы при разомкнутой цепи обратной связи равен единице. Обозначение f1 [ГОСТ 19480 89] Недопустимые,… …   Справочник технического переводчика

• частота полной мощности интегральной микросхемы — частота полной мощности Частота, на которой значение максимального выходного напряжения интегральной микросхемы уменьшается на 3 дБ от значения на заданной частоте. Обозначение fP [ГОСТ 19480 89] Тематики микросхемы Синонимы частота полной… …   Справочник технического переводчика

• частота среза интегральной микросхемы — частота среза Частота, на которой модуль коэффициента усиления напряжения интегральной микросхемы при разомкнутой цепи обратной связи уменьшается до 0,707 значения на заданной частоте. Обозначение fсзз fCO [ГОСТ 19480 89] Тематики микросхемы… …   Справочник технического переводчика

• частота изменений напряжения — Число одиночных изменений напряжений в единицу времени. [ГОСТ 23875 88] Тематики качество электрической энергии Смотри также В. В. Суднова. Качество электрической энергии …   Справочник технического переводчика

• частота колебаний напряжения — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN rate of occurrence of voltage changes …   Справочник технического переводчика

• частота — Величина, обратная периоду электрического тока. Примечание — Аналогично определяют частоты электрического напряжения, электродвижущей силы, магнитного потока и т. д. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… …   Справочник технического переводчика

Лампа обратной волны — Википедия

Ла́мпа обра́тной волны́ (ЛОВ) — электровакуумный прибор, в котором для генерирования электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие электронного потока с электромагнитной волной, бегущей по замедляющей системе в направлении, обратном направлению движения электронов (в отличие от лампы бегущей волны (ЛБВ)).

Первые сведения о разработках ЛОВ появились в 1948 году в СССР, разработка велась М. Ф. Стельмахом и его сотрудниками. Позже в 1952 году в США. Одним из создателей ЛОВ является Рудольф Компфнер (Rudolf Kompfner).

Лампы обратной волны подразделяются на два класса: ЛОВ типа О и ЛОВ типа М. В приборах типа О происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию СВЧ поля в результате торможения электронов этим полем. В приборах типа М в энергию СВЧ поля переходит потенциальная энергия электронов, смещающихся в результате многократного торможения и разгона от катода к аноду. Средняя кинетическая энергия при этом остаётся постоянной.

Лампу обратной волны типа «M» иногда называют карцинотроном (или карсинотроном)^[1]. Чаще такое название можно встретить в зарубежной литературе.

Устройство и принцип действия[править | править код]

Устройство ЛОВ типа О

Электронная пушка создаёт пучок электронов, движущийся к коллектору. Заданное сечение пучка сохраняется постоянным при помощи фокусирующей системы. Предположим, что со стороны коллектора в замедляющую систему ЛОВ введён СВЧ сигнал, то есть вдоль замедляющей системы справа налево двигается волна с групповой скоростью v_гр.

Если бы замедляющая система была однородной, и поле её бы не содержало пространственных неоднородностей, то фазовая скорость волны была бы направлена так же, как и групповая, то есть навстречу движению электронов. Обмен энергией между СВЧ-волной и пучком электронов должен был бы отсутствовать.

Однако, если замедляющая система имеет периодическую структуру, то электромагнитное поле в ней можно рассматривать как сумму бесконечного множества колебаний (мод) с разными частотами. Фазовые скорости этих мод могут быть направлены как в сторону движения энергии (прямые волны), так и в противоположную сторону (обратные волны). Можно подобрать ускоряющее напряжение (U0{\displaystyle U_{0}}) для пучка электронов так, чтобы обеспечить синхронизм между электронами и одной из замедленных обратных волн (V_e ≅ V_ф).

Vϕ=2emU0{\displaystyle V_{\phi }={\sqrt {{\frac {2e}{m}}U_{0}}}}

Тогда электроны, поочерёдно проходя мимо неоднородностей, встречают тормозящее электрическое поле (фазу) высокочастотного колебания, что приводит к тому, что часть кинетической энергии пучка передаётся СВЧ-полю замедляющей системы. При этом электронный поток модулируется по скоростям электронов, что приводит к модуляции плотности объёмного заряда электронного потока (быстрые электроны догоняют медленные). Этот модулированный поток, двигаясь по направлению к коллектору, наводит на замедляющей системе высокочастотный ток. Но энергия волны, с которой взаимодействуют электроны, двигается навстречу электронному потоку. В результате на выходе замедляющей системы вблизи электронной пушки создаётся поле, превышающее первоначальный сигнал. Лампа приобретает свойства автогенератора.

Таким образом, электронный пучок играет в ЛОВ двойную роль — как источник энергии и как звено, по которому осуществляется положительная обратная связь. Эта связь присуща самому принципу ЛОВ и принципиально неустранима, в отличие от других генераторов СВЧ.

При изменении частоты ЛОВ СВЧ-волна может отражаться от нагрузки и поступать обратно в замедляющую систему. Эта отраженная волна может взаимодействовать с электронным потоком, что будет приводить к изменению выходной мощности. Для устранения этих эффектов на конце замедляющей системы, обращенном к коллектору включают самосогласованную нагрузку (поглотитель).

Параметры и характеристики[править | править код]

Диапазон частот[править | править код]

Частота колебаний ЛОВ зависит от напряжения U0{\displaystyle U_{0}}, приложенного между замедляющей системой и катодом. Современные (2005 год) ЛОВ покрывают диапазон частот от единиц ГГц до единиц ТГц.

Ширина диапазона электронной перестройки частот характеризуется либо коэффициентом перекрытия диапазона

δc=fmaxfmin{\displaystyle \delta _{c}={\frac {f_{max}}{f_{min}}}}

либо относительной величиной, выраженной в процентах

δ0=2fmax−fminfmax+fmin100{\displaystyle \delta _{0}=2{\frac {f_{max}-f_{min}}{f_{max}+f_{min}}}100}

где fmax{\displaystyle f_{max}} и fmin{\displaystyle f_{min}} — максимальная и минимальная частоты диапазона электронной перестройки.

Типичные значения δc{\displaystyle \delta _{c}} — 1,5 ÷ 2.

Крутизна электронной перестройки частоты[править | править код]

Зависимость частоты излучения от напряжения на замедляющей системе ЛОВ имеет нелинейный характер. Это связано с тем, что скорость электронов в потоке ve{\displaystyle v_{e}} пропорциональна квадратному корню из напряжения на замедляющей системе.

При заданных геометрических размерах замедляющей системы частота генерируемых колебаний однозначно определяется величиной напряжения на замедляющей системе:

f=U0α+βU0{\displaystyle f={\frac {\sqrt {U_{0}}}{\alpha +\beta {\sqrt {U_{0}}}}}}, где α и β зависят только от геометрических параметров.

Крутизна электронной перестройки частоты ЛОВ увеличивается при уменьшении напряжения на замедляющей системе. При одинаковых пределах изменения напряжения на замедляющей системе большей крутизной перестройки обладают более высокочастотные ЛОВ. Крутизна перестройки для ЛОВ миллиметрового диапазона составляет десятки мегагерц на вольт, для ЛОВ сантиметрового диапазона — несколько мегагерц на вольт.

Выходная мощность[править | править код]

Выходная мощность колебаний ЛОВ приблизительно пропорциональна величине напряжения на замедляющей системе и разности между рабочим и пусковым значениями тока электронного пучка:

Pout=kU0(I−I0){\displaystyle P_{out}=kU_{0}(I-I_{0})}, где k{\displaystyle k} — коэффициент пропорциональности, I{\displaystyle I} — ток электронного луча, I0{\displaystyle I_{0}} — пусковой ток — минимальное значение тока электронного луча, при котором возникает генерация.

Обычно выходная мощность излучения ЛОВ составляет от нескольких милливатт до нескольких ватт.

Зависимость мощности ЛОВ от напряжения на замедляющей системе

Зависимость мощности излучения от напряжения на замедляющей системе представлена на рисунке. Выходная мощность ЛОВ увеличивается за счёт роста подводимой мощности U0I{\displaystyle U_{0}I}. Однако после некоторого значения U0{\displaystyle U_{0}} происходит уменьшение выходной мощности, связанное с уменьшением разности между рабочим и пусковым значениями тока электронного пучка (I−I0){\displaystyle (I-I_{0})}.

Теоретическая зависимость выходной мощности от напряжения на замедляющей системе показана на рисунке пунктирной линией. Однако реальная зависимость мощности (сплошная линия) имеет гораздо более изрезанный характер. Главной причиной этого является отражение СВЧ-излучения от поглотителя замедляющей системы и устройства для вывода энергии.

Степень неравномерности кривой выходной мощности ЛОВ обычно оценивается величиной перепада этой мощности в диапазоне электронной перестройки:

δP=10lg⁡(PmaxPmin){\displaystyle \delta _{P}=10\lg({\frac {P_{max}}{P_{min}}})}

Спектр колебаний[править | править код]

Колебания ЛОВ, как и других типов СВЧ генераторов, не являются монохроматическими. Расширение спектральной линии обусловлено случайной модуляцией, являющейся следствием дискретного характера тока электронного луча, эффекта распределения тока луча между отдельными электродами и элементами замедляющей системы, эффекта мерцания катода и других причин.

Однако в ЛОВ с магнитной фокусировкой, как и в других СВЧ приборах типа О, также наблюдается значительная периодическая модуляция амплитуды и частоты колебаний. Одной из причин такой модуляции являются релаксационные колебания, возникающие в электронном потоке в области электронной пушки.

Также причиной модуляции может являться нестабильность источника питания ЛОВ. Поскольку мощность ЛОВ может очень сильно зависеть от напряжения на замедляющей системе, даже незначительное изменение напряжения может приводить к большой модуляции выходной мощности ЛОВ.

КПД[править | править код]

Максимальный коэффициент полезного действия не превышает в ЛОВ типа О нескольких процентов.

Отличие от ЛОВ типа О[править | править код]

В ЛОВ типа О электроны передают полю свою избыточную кинетическую энергию, соответствующую разности скоростей электронов и волны. КПД ограничен допустимой разностью указанных скоростей. Наоборот, в ЛОВ типа М кинетическая энергия электронов, не изменяется, а изменяется потенциальная энергия, преобразующаяся в энергию СВЧ поля.

Кроме того, в ЛОВ типа М наиболее благоприятное взаимодействие потока электронов и СВЧ поля происходит при точном равенстве средней скорости электронов и фазовой скорости волны (V_e = V_ф), в то время как для передачи энергии в ЛОВ типа О требуется, чтобы электроны двигались немного быстрее волны.

Устройство и принцип действия[править | править код]

Устройство ЛОВ типа М

Инжектирующее устройство создаёт поток электронов, движущийся к коллектору. Электронный поток создает в замедляющей системе наведенный ток и электромагнитное поле пространственных гармоник. Если ток луча (потока электронов) достаточно велик (больше пускового), на одной из пространственных гармоник, для которой выполнено условие фазового синхронизма (V_e = V_ф), начинается взаимодействие электронного потока с полем волны, при котором в тормозящих полупериодах электрического поля гармоники будет происходить увеличение её энергии за счет уменьшения потенциальной энергии электронов. Электронный поток в ЛОВ типа М взаимодействует с обратными пространственными гармониками, для которых направления фазовой и групповой скоростей противоположны, поэтому электроны движутся к коллектору, а энергия волны им навстречу — к волноводному выходу прибора. В результате возникает положительная обратная связь между полем волны и электронным потоком, при которой волна, отдавая часть своей энергии на группировку электронов, приобретает большее её количество за счет уменьшения потенциальной энергии сгруппированных электронов.

Вследствие трудностей широкополосного согласования волноводного выхода ЛОВМ с замедляющей системой в ЛОВМ возможны отражения от нагрузки. Для устранения этого эффекта в ЛОВ типа М, как и в ЛОВ типа О, применяют поглотитель.

Параметры и характеристики[править | править код]

Диапазон частот[править | править код]

Также как и в ЛОВ типа О частота излучения зависит от напряжения на замедляющей системе. Обычно ЛОВ типа М используются в диапазоне частот от 200 МГц до 20 ГГц с диапазоном электронной перестройки частоты до 40 %.

Крутизна электронной перестройки частоты[править | править код]

В отличие от ЛОВ типа О в ЛОВ типа М скорость электронов в ЛОВМ прямо пропорциональна U0{\displaystyle U_{0}} (напряжению на замедляющей системе). Поэтому в ЛОВ типа М для достижения одинакового с ЛОВ типа О перекрытия частотного диапазона требуется меньшее изменение U0{\displaystyle U_{0}}.

Выходная мощность[править | править код]

Современные генераторы на ЛОВ типа М способны обеспечивать выходную мощность в непрерывном режиме порядка десятков киловатт в дециметровом и единиц киловатт в сантиметровом диапазонах. В настоящее время они являются самыми мощными генераторами СВЧ колебаний с электронной перестройкой частоты.

Синхронизированные генераторы на ЛОВ типа М обладают высокой стабильностью частоты и низким уровнем шумов, что позволяет их использование в системах связи с частотной модуляцией.

КПД[править | править код]

Коэффициент полезного действия достигает в ЛОВ типа М 40—60 %.

ЛОВ применяются в широкодиапазонных сигнал- и свип-генераторах для радиотехнических измерений и радиоспектроскопии, в основном для генерации терагерцевого излучения, в гетеродинах быстро перестраиваемых приёмников, в задающих генераторах передатчиков с быстрой перестройкой частоты и т. д^[2].

• Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.