磁控管效率偏低及陽(yáng)極電流失控現象的機理分析
本文針對某CW磁控管在研發(fā)過(guò)程中出現暗電流偏大，效率偏低及有時(shí)會(huì )發(fā)生電流失控等現象進(jìn)行了理論分析，采取了相應措施后，暗電流大大減小，工作效率大大提高。
在某型號CW 磁控管研發(fā)過(guò)程中，發(fā)現暗電流明顯偏大，工作效率偏低，熱測時(shí)還會(huì )出現電流突然失控的現象。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索，并從磁控管工作機理上進(jìn)行分析，終于找到了產(chǎn)生上述現象的主要原因。在針對性措施下，徹底解決了上述問(wèn)題，使效率得到了有效提高。后來(lái)發(fā)現另一波段的CW磁控管也存在類(lèi)似現象，因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為本文的分析具有普遍指導性。
1、暗電流對管子效率的影響
1.1、暗電流過(guò)大
暗電流通常指管子在截止狀態(tài)下，磁控管內出現的非正常電流，從圖1中可以看出，威特管與松下管之間存在著(zhù)較大差別。當Va 時(shí)，陽(yáng)極電流Ia=0，這是由截止磁場(chǎng)決定的，如圖2中曲線(xiàn)1所示。但實(shí)驗中發(fā)現這時(shí)管內并非處于截止狀態(tài)，而出現了隨陽(yáng)極電壓Va增加而增大的陽(yáng)極電流Ia，如圖2中曲線(xiàn)2所示的電流波形，實(shí)驗測得波形如圖3所示。
圖1 暗電流與陽(yáng)極電壓關(guān)系曲線(xiàn) 圖2 Va 時(shí)的電流曲線(xiàn) 圖3 實(shí)測的電流波形
1.2、經(jīng)糾偏后的暗電流
通過(guò)陰極裝配對中糾偏可以達到與松下管相近的暗電流水平，數據從略。
2、非工作電流占總電流的比重
從測試中得到，當陽(yáng)極平均電流為100mA時(shí)峰值陽(yáng)極電流為560mA，其中漏電流約為120mA，占總峰值陽(yáng)極電流約為21%，這一比例是相當高的。由于管子已經(jīng)起振，己不再是截止狀態(tài)，因此這一未形成電子輪輻，但已構成打上陽(yáng)極的電流，稱(chēng)其為非工作電流，以便與截止狀態(tài)下的暗電流相區別。
3、磁控管效率低與工作電流不穩定的初步分析
綜上所述，管子目前存在的兩個(gè)主要問(wèn)題似乎可從上述實(shí)驗及結果中得到初步解釋?zhuān)?/p>
(1)從式(10)可見(jiàn)，只有Ia1才是真正構成主模振蕩，并產(chǎn)生輸出功率的有效工作電流，而且Ia1 <Ia；
(2)從式(10)可見(jiàn)，除了Ia1在輸出功率中起貢獻外，其余幾項電流中，只有Ia3還能在輸出功率中起到一些貢獻，它還取決于高模耦合度的大小，其余幾項均無(wú)法在輸出功率中作出任何貢獻。
(3)由于主模與高模的同時(shí)存在，大大降低了電子效率。
(4)這些無(wú)貢獻項的陽(yáng)極電流，一方面會(huì )使效率降低，另一方面這些打到陽(yáng)極上的無(wú)用電流卻構成了陽(yáng)極的溫升，溫升高低取決于電流的大小。
(5)此外，主模及高模振蕩時(shí)產(chǎn)生的高頻電流i1，i2同時(shí)使陽(yáng)極產(chǎn)生功率耗散，最終導致陽(yáng)極的溫升，這些溫升與陽(yáng)極電流產(chǎn)生的溫升相互疊加，導致了陽(yáng)塊溫度的急劇上升。
(6)效率降低與溫升提高是同時(shí)產(chǎn)生的，尤其是當管內材料真空性能不好或管內真空度不理想時(shí)，這種溫升會(huì )促使材料放氣，從而產(chǎn)生電流不斷增大的不穩定現象。
(7)在上述電流中，工作電流Ia1是由陽(yáng)極電壓Va和工作磁場(chǎng)B 共同決定的，盡管工作特性中工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻很小，但仍受電壓與磁場(chǎng)所控制，屬可控電流，而其它非工作電流則為不可控電流，影響它們的因素很多，而且也比較復雜的，但歸根到底可歸結為：陽(yáng)極的過(guò)度溫升，材料的放氣，真空度的不理想。
4、結論
從以上分析及實(shí)驗中可以看到，暗電流偏大及工作時(shí)的非工作電流偏大是由于下述原因造成的：
�、� 陰極裝配時(shí)的偏心或傾斜；
�、� 軸向磁場(chǎng)偏離軸線(xiàn)從而產(chǎn)生了徑向磁場(chǎng)分量；
�、� 端帽的電子發(fā)射。
因此，只要針對上述幾個(gè)問(wèn)題妥善解決，就能使暗電流及非工作電流大大減小，而使磁控管的工作效率大為提高。
