Движение электронов в скрещенных постоянных электрическом и магнитном полях.

В приборах магнетронного типа (типа М) происходит преобразование потенциальной энергии электронов, движущихся в скрещенных постоянном электрическом и магнитных полях в энергию СВЧ колебаний. В таких скрещенных полях электроны подвергаются воздействию сил электрического и магнитного полей и могут двигаться по различным траекториям. Сила, действующая на электрон в скрещенных полях, слагается в общем случае из силы действия электрического поля F_e и силы магнитного поля F_м.

F = F_e + F_м, (2.66) где F_e = -eE, (2.67) где e-заряд

F_м = e[VВ]. (2.68)

Характер движения электрона в междуэлектродном пространстве зависит от соотношения значений напряженности Е электрического поля и индукции В магнитного, а также от начальной скорости электронов (рис.2.25).

Если поля отсутствуют (Е = В = 0), то на электрон не действуют силы и он движется равномерно и прямолинейно (рис.2.25,а). При движении в одном лишь постоянном электрическом поле (В=0) электрон получает ускорение в направлении противоположном линиям Е, и его траектория соответственно искривляется (рис.2.25,б).

Под действием магнитного поля электрон, движущийся равномерно и прямолинейно, перейдет на круговую траекторию и будет вращаться вокруг магнитных силовых линий (рис.2.25,в), сохранив значение своей скорости V. При этом радиус R описываемой окружности будет определяться из условия равенства магнитной и центростремительных сил: еVB = mV²/R. При определенной взаимной ориентации векторов Е, B, V электрическая и магнитная силы имеют противоположные направления и их равнодействующая F может быть равна нулю при V = Е/В. В этом случае движение электрона в скрещенных полях будет прямолинейно и равномерно в сечении, находящимся от отрицательного электрода на расстоянии d₁ (рис.2.25,г), для которого выполняется условие еЕd₁ = mV²/2. Если в скрещенных полях оказывается электрон с нулевой начальной скоростью, то его траектория оказывается циклоидой, т.е. кривой которую описывает точка, лежащая на окружности, катящейся без скольжения по плоскости (рис.2.25,д). При этом угловая скорость вращения окружности определяется выражением ω_ц = eB/m. (2.69)

Скорость перемещения ее центра (переносная скорость) V_n = E/B. (2.70)

Радиус окружности определяется из очевидного равенства V_n = ω_цR, откуда R = V_n/ω_ц = mE/(eB²). (2.71)

В приборах типа М реализуются траектории типа прямой при

V = V_n = E/B и типа циклоиды при V = 0.