Пролетая в этих полях, электроны в зависимости от их направления относительно поля Елибо ускоряются, отбирая энергию у резонатора, либо тормозятся, отдавая часть энергии резонаторам. Электроны, ускоренные полем первого же резонатора, возвращаются на катод. Заторможенные (рабочие) электроны попадают в поле следующих резонаторов, где они также будут тормозиться, если попадают туда в «тормозящие» полупериоды электромагнитного поля. Путём соответствующего подбора скорости электронов (анодного напряжения U _aи магнитного поля Н) можно добиться того, чтобы электроны больше отдавали энергии резонаторам, чем забирали у них. Тогда колебания в резонаторах будут нарастать. Нелинейность характеристик магнетрона обеспечивает установление постоянной амплитуды генерируемых колебаний. Отбор энергии может производиться из любого резонатора с помощью петли связи П.

  В магнетроне источником питания является источник анодного напряжения U _a, колебательной системой - резонаторы. Роль активного элемента, обеспечивающего преобразование постоянной энергии в энергию электрических колебаний, играет электронный поток, находящийся под действием магнитного поля.

  Магнетроны генерируют гармонические колебания в диапазоне частот от 300 Мгцдо 300 Ггц. Кпд магнетронных генераторов достигает 85%. Обычно магнетроны используются для получения колебаний больших мощностей (несколько Мвт) в импульсном режиме и десятков квтпри непрерывной генерации (подробнее см. Магнетрон ).

  Клистронный генератор. Клистронный генератор также содержит объёмный резонатор, в котором колебания возбуждаются и поддерживаются электронным потоком. Поток электронов, испускаемый катодом К( рис. 10 , а), ускоряется электрическим полем, создаваемым источником питания. В отражательном клистроне электроны пролетают через сетки объёмного резонатора С и, не достигая анода А, потенциал которого отрицателен относительно сеток резонатора, отражаются, пролетают через резонатор в обратном направлении и т. д. Если бы электроны пролетали через резонатор сплошным потоком, то в течение одного полупериода колебаний резонатора они отдавали бы резонаторам энергию, а в течение второго полупериода отнимали бы это же количество энергии у резонатора, и Г. э. к. было бы невозможно. Если же электроны влетают в резонатор отдельными «сгустками», причём в такие моменты, когда резонатор их тормозит, то они отдают резонатору энергии больше, чем забирают у него. При этом электронный поток усиливает возникшие в резонаторе случайные колебания и поддерживает их с постоянной амплитудой. Т. к. группирование электронного потока в сгустки происходит за время, соответствующее нескольким периодам колебаний, то протяжённость «пространства группировки» задаётся скоростью электронов и частотой генерируемых колебаний. Благодаря этому наибольшее распространение клистронные генераторы имеют в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Мощность клистронов невелика - от нескольких мвтв миллиметровом диапазоне до нескольких втв сантиметровом. Мощность двухрезонаторных пролётных клистронных генераторов ( рис. 10 , б) в сантиметровом диапазоне может составлять десятки вт(подробнее см. Клистрон ).

  Квантовые пучковые генераторы. В квантовых генераторах роль высокодобротной колебат. системы выполняют возбуждённые атомы или молекулы активного вещества. Переходя из возбуждённого состояния в невозбуждённое, они излучают порции (кванты) электромагнитной энергии, равные hv, где h - Планка постоянная , v - частота электромагнитных колебаний, характерная для данного сорта атомов. Источником энергии являются возбуждённые атомы и молекулы, а для отбора возбуждённых молекул служит сортирующая система. Например, в молекулярном генераторе на аммиаке источником питания является источник молекулярного пучка аммиака. Объёмный резонатор, в котором находится активное вещество, осуществляет обратную связь, вызывая с помощью электромагнитного поля вынужденное излучение молекул и вложение колебательной энергии, компенсирующее потери, включая отбор энергии во вне. Аммиачный генератор работает на частоте 23,870 Ггцс весьма стабильной и узкой спектральной линией генерируемых колебаний за счёт высокой добротности квантового перехода . Высокая стабильность частоты колебаний, генерируемых квантовыми генераторами в радиодиапазоне (на аммиаке, водороде, синильной кислоте и др.), позволяет использовать их как квантовые стандарты частоты .

  Релаксационные генераторы. Существует широкий класс генераторов, у которых пассивные цепи, где возбуждаются и поддерживаются колебания, не обладают колебательными свойствами (контуры с большими потерями и др. апериодические цепи, например комбинации ёмкостей Си сопротивлений Rили индуктивностей Lи сопротивлений R). В подобных генераторах за каждый период колебаний теряется и вновь пополняется значительная часть всей колебательной энергии. Период генерируемых колебаний при этом определяется временем релаксации (процесса установления равновесия) в этих цепях. Такие генераторы называют релаксационными. В этом случае форма колебаний определяется совместно свойствами колебательных цепей и активного элемента и может быть весьма разнообразной - от скачкообразных, почти разрывных колебаний (например, мультивибраторы) до колебаний, сколь угодно близких к гармоническим ( RC-генераторы синусоидальных колебаний). Эта особенность релаксационных генераторов широко используется для получения электрических колебаний специальной формы, например прямоугольных импульсов, пилообразного напряжения ( рис. 11 ) и тока, а также для генерации гармонических колебаний звуковой и сверхнизкой частот.

  Тиратронный генератор пилообразного напряжения - простейший релаксационный генератор ( рис. 12 , а). У тиратрона напряжение зажигания выше напряжения гашения. Его напряжение Uизменяется практически линейно со временем до некоторого максимального значения, а затем достаточно быстро падает до начальной величины ( рис. 11 ). Т. к. вольтамперная характеристика тиратрона обладает падающим участком характеристики ( рис. 12 , б), то процесс зарядки ёмкости Сдо напряжения зажигания тиратрона происходит медленно, после чего накопленный на ёмкости заряд быстро разряжается через тиратрон; напряжение на нём падает до значения, при котором тиратрон гаснет. При этом внутреннее сопротивление тиратрона становится большим, в результате чего зарядка ёмкости Сповторяется, и т. д. Период колебаний определяется временем зарядки и разрядки ёмкости, т. е. временем релаксации цепи RC.

  Высокую степень линейности изменения напряжения на ёмкости можно получить, применяя вместо сопротивления Rв тиратронном генераторе устройство (например, пентод), поддерживающее постоянный ток в процессе зарядки конденсатора, или применяя отрицательную обратную связь. Частотой колебаний тиратронного генератора можно (в известных пределах) управлять, подавая синхронизирующее напряжение на сетку тиратрона.

  В тиратронном генераторе за период колебаний происходит полный энергообмен. Вся энергия, запасённая в конденсаторе за время зарядки, расходуется за время его разрядки через тиратрон. В этой системе нет цепей, в которых возможны колебательные процессы в отсутствие источников питания.

  Мультивибратор на электронных лампах или транзисторах представляет собой двухтактное устройство, в котором Г. э. к. осуществляется путём попеременной зарядки и разрядки двух ёмкостей C ₁и C ₂цепей RCс помощью двух взаимосвязанных транзисторов T ₁и T ₂. В симметричном мультивибраторе ( рис. 13 , а) транзисторы T ₁и T ₂«отпираются» и «запираются» попеременно и так же попеременно происходят зарядка и разрядка ёмкостей C ₁и C ₂. При этом резкие скачки напряжений и токов в отдельных элементах схемы соответствуют быстрой смене разряда на заряд, отпиранию и запиранию транзисторов ( рис. 13 , б). Однако эти быстрые процессы протекают так, что запас энергии в ёмкости изменяется непрерывно.

  Различные варианты мультивибраторов применяются для получения периодических напряжений различной формы, необходимых для работы электронных устройств. Период колебаний определяется временами релаксации цепей, содержащих транзисторы. Колебания возможны лишь за счёт поддержания в системе непрерывно сменяющихся процессов зарядки и разрядки в цепях RC, не обладающих собственными колебательными свойствами.

  RC-генератор синусоидальных колебаний также не содержит колебательных цепей. Однако за счёт выбора цепи управления активным элементом (электронной лампой, транзистором) условия Г. э. к. выполняются лишь для одного гармонического колебания с частотой, определяемой временем релаксации цепочек RC( рис. 14 ). Например, в RC-генераторе с электронной лампой термистор поддерживает усиление лампы на уровне, лишь немного превышающем критический уровень, соответствующий условию самовозбуждения. С ростом тока растет температура термистора и увеличивается его сопротивление, что, в свою очередь, ведёт к снижению крутизны характеристики лампы за счёт возникновения отрицательной обратной связи. Т. к. работа при этом происходит практически на линейной части характеристики лампы, то условия Г. э. к. будут выполняться лишь для одной частоты.

  В подобном устройстве происходит полный энергообмен за каждый период колебания. При отключении источника питания колебания исчезают, и в системе могут иметь место лишь апериодические релаксационные процессы. С помощью RC-генератора получают гармонические колебания в диапазоне частот от долей гцдо десятков и сотен кгц. RC-генераторы широко применяются как источники эталонных колебаний.

  Генератор Ганна представляет собой небольшой (~100 мкм) монокристалл полупроводника, через который пропускается постоянный ток. При плотностях тока, создающих в полупроводнике напряжённость поля не менее 300 кв/м(3 кв/см), в объёме полупроводника возникают нестационарные процессы, приводящие к появлению сверхвысокочастотной переменной составляющей тока, текущего через полупроводник, и к возникновению на электродах переменного напряжения СВЧ(см. Ганна эффект ).

  В генераторе Ганна энергия источника постоянного тока преобразуется в колебательную энергию в кристалле, который одновременно играет роль и колебательной системы, и активного элемента. Отсутствием высокодобротного резонатора можно объяснить немонохроматичность колебаний. Спектральная линия, соответствующая основной частоте, широка; кроме того, одновременно возбуждается большое число побочных частот. С помощью генераторов Ганна, которые могут применяться как маломощные гетеродины , удаётся осуществлять Г. э. к. частотой от 100 Мгцдо 10 Ггци мощностью до 10 Мвт(при непрерывном генерировании) и сотен вт(при импульсной работе). Генераторы Ганна компактны и перспективны в микроэлектронике . Основное ограничение генерируемой мощности - нагревание кристалла при прохождении через него значительных постоянных токов.

  Преобразователи частоты. К ним можно отнести некоторые типы квантовых генераторов радиодиапазона ( мазеров ) и оптического диапазона ( лазеров ), в которых создание возбуждённых состояний происходит за счёт поглощения электромагнитного излучения (накачки) с частотой, существенно превышающей частоту генерируемых колебаний. Эти генераторы можно рассматривать как вторичные, преобразующие энергию колебаний накачки в колебания определённой частоты, определяемой режимом и свойствами активного вещества. Так, в радиочастотном парамагнитном мазере накачка на частоте в 10 Ггцпозволяет генерировать колебания с частотой до 5 Ггцсо стабильностью частоты, определяемой лишь стабильностью температуры и магнитного поля (см. Квантовый усилитель ).

  В твердотельных лазерах на рубине или неодимовом стекле поглощение широкого спектра колебаний в области зелёной и синей части спектра приводит к генерации узкой спектральной линии с длиной волны l =6943  (для рубинового лазера) и l =10582  (для лазера с неодимовым стеклом).

  Преобразователями частоты являются также параметрические генераторы. Параметрические генераторы радиодиапазона представляют собой резонансную колебательную систему - контур или объёмный резонатор, в котором один из энергоёмких (реактивных) параметров Lили Сзависит от приложенного напряжения или протекающего тока. При периодическом изменении одной из величин Сили Lс помощью внешних колебаний (накачки) частоты l _нв контуре могут возбуждаться и поддерживаться колебания частоты l = ¹/ ₂l _н.Наиболее широко распространены маломощные параметрические генераторы с переменной ёмкостью, созданной запертым полупроводниковым диодом специальной конструкции (параметрическим диодом). Применение многоконтурных схем позволяет генерировать колебания с частотой, не связанной жёстким соотношением с частотой накачки, и тем самым осуществлять преобразование энергии исходных колебаний одной частоты в энергию колебаний требуемой частоты (см. Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний ).

  Аналогичный принцип используется для возбуждения колебаний оптического диапазона. Однако в этом случае параметрические явления носят волновой характер и осуществляются не в колебательном контуре, а в анизотропном кристалле (см. Параметрические генераторы света ).

Лит.:Бонч-Бруевич М. А., Основы радиотехники, М., 1936; Харкевич А. А., Автоколебания, М., 1954; Теодорчик К. Ф., Автоколебательные системы, М., 1952: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959.

  В. В. Мигулин.

Рис. 2. Генераторы с ёмкостной (а) и автотрансформаторной (б) обратной связью.

Рис. 4. Транзисторные генераторы на плоскостных триодах с индуктивной (а), автотрансформаторной (б) и ёмкостной (в) обратной связью.

Рис. 6. а - зависимость тока экранной сетки пентода от напряжения на его антидинатронной сетке; б - схема транзитронного генератора.

Рис. 14. RC-генератор синусоидальных колебаний; Т - термистор; r - сопротивление нагрузки.

Рис. 10. Клистронные генераторы: а - отражательный клистрон; б - двухрезонаторный пролётный клистрон; С - сетки резонатора; А - анод; К - катод.

Рис. 12. а - тиратронный генератор; б - вольтамперная характеристика тиратрона.

Рис. 5. Вольтамперная характеристика с падающим участком.

Рис. 3. Схема лампового генератора с автоматическим смещением сетки.

Рис. 8. а - генератор с туннельным диодом (ТД); б - вольтамперная характеристика туннельного диода.

Рис. 11. Пилообразное напряжение.

Рис. 9. Магнетронный генератор: А - анод; К - катод; П - петля связи.

Рис. 13. Мультивибратор на транзисторах Т ₁и Т ₂: а - схема, б - форма колебаний.

Рис. 7. а - вольтамперная характеристика электрической дуги; б - дуговой генератор.

Рис. 1. Простейший ламповый генератор почти гармонических колебаний: LC - колебательный контур (С - ёмкость, L - индуктивность); U _a- анодное напряжение.