超短波电子管里的电子渡越时间

电子是带电荷的质点，虽然它的电荷量很小，但质量却也非常小，1098万亿亿亿颗电子才重一公斤，电荷量比质量的数值大1759亿倍，因为电子在电场里受电力的作用而运动的难易，主要由它的电荷量而决定，所以它就像没有任何质量，没有一点惰性一样很容易运动。它走一段空间距离，就像不要花时间一样。物理学告诉我们：当有一个力F加到质量为m的物体上时，就会产生加速度a，过一段时间t后，物体走出的距离为S。这些数量之间的关系是：

在式（1）里，如果m小到几乎近于0，a就变成无穷大了；在式（2）里，如果a是无穷大，t应当是零。这就表示在电子质量假定近于零的条件下，走一段有限长的距离,就可以看成几乎不需要任何时间。

例如在阴极射线管里，电子由偏向屏到萤光幕，在偏向屏间电子受电力的作用，立刻表现为萤光幕上电子轨迹的运动；在收音机的放大电子管里，电子由阴极到屏极。只要栅极上一有电压的变动，立刻就有屏流的相应变动。

事实上，如上所述，电子还是有质量的，它的运动，也还要花一定的时间是肯定的。但由于在一般电子仪器和收音机的电子管里，它所走的距离很短，在管内极间飞渡的时间——叫做渡越时间，比起工作频率的一个周期来，要短得多，在实际影响上或人的感觉上，都可以忽略不计。例如一个电子管的屏阴极间距离为3公厘，屏极上加上比阴极电位高200伏的电压，渡越时间（由阴极到栅极）约为1万亿分之72秒，如果频率在30兆周以下，即周期在1百亿分之333秒以上，渡越时间就只占周期的0.21%，比较起来确实是微不足道的。

在超短波的领域里，当频率高到渡越时间和一周期的比值成为一个并不太小的分数时，这渡越时间就不能不计算了，所以电子在电子管内的渡越时间问题，是超短波带的重要问题。

图5K板和P板分别表示三极管的阴极和屏极，G为栅极栅阴极间和栅屏极间的黑点代表电子在管内的分布。屏极上加正电压（对阴极来说）E\(_{b}\)，栅极上除加负电压Ec外，还加有交流电压e\(_{s}\)。G、K组成一个电容器C＇gk,在阴极没有发射电子以前，接上E\(_{c}\)时，就已经对这电容器充电，使得G上有电荷。阴极发射电子以后，电子在栅极上诱导出正电荷来，使得栅极上的电荷比原来充电的电荷不同，相当于C＇gk有了改变，变成为C\(_{gk}\)。

现在因有e\(_{s}\)也加在栅极上，先假定es的频率很低，即e\(_{s}\)的变动很慢，在栅极附近电子数量的增加几和栅极电压的增加是同时的，因此栅极电流（等于电子数量的变化率）的相角在es前90度。所以对e\(_{s}\)来说，栅阴极的存在只不过像一个普通的电容器Cgk。

如e\(_{s}\)的频率很高，电子受es的作用，离开阴极的数量虽仍然是和e\(_{s}\)同相，但它们到达栅极附近所需要的时间Tg，就不能不计。因运行时间的存在，使栅极附近电荷量的变化，落后于e\(_{s}\)的变化一个相角θg。 例如e\(_{s}\)一周所占的时间为T，那末θg就等于360\(\frac{T}{_{g}}\)T。而在栅极感应出来的电流只超前es（90－θ\(_{g}\)）度，而不是90度。对es来说，这时阴栅极已经不完全是一个电容量C\(_{gk}\)，而是另外还像有一个电阻并联在电容量上一样。这个电阻，等于是es的负荷电阻R\(_{L}\)（图6），可以证明它和频率f和渡越时间Tg有关，它的计算式为：

式（3）中K为比例常数。可见频率愈高，R\(_{L}\)愈小，到RL小到等于将e\(_{s}\)短路时，电子管便失去放大作用。所以渡越时间的影响在超短波带是相当严重的。

渡越时间除了影响电子管的放大性能外，对电子管帮助振荡回路振荡的能力也大有影响。因为电子管如果帮助振荡，屏极的输出回授到栅极，在栅极里产生的电压，一定要和栅极上原有的电压同相位。好像一个摆，用手来帮它来回摆动。如果手用力的方向和时间不对，就有可能反使摆停止下来。要得到这样的相位关系，屏流一定要和栅压相位相同，这只有当电子在阴极和屏极间的运行时间等于零时才能够做到。

一般分析电子管的问题，我们常想像屏流是屏压所产生，它们是同相位的。栅极上加一个电压e\(_{s}\)，我们也当成是屏极上加一个同相的电压μes来看待，而放大系数μ为一常数。现在考虑渡越时间在内，屏流和e\(_{s}\)不同相，那末μ就不再是一个普通的常数，而应当是一个复数，即μ=μr-jμ\(_{i}\)。μr是μ的实数部分，μ\(_{i}\)是μ的虚数部分。

同样，电子管的其他常数如跨导G\(_{m}\)和内阻rp，在超短波带也变为复数。

由于电子管的常数变为复数，即使屏路负荷为一纯电阻，屏流感应到栅路内的电压也不可能和栅压同相，这样维持振荡回路振荡是有困难的，所以渡越时间也妨碍了电子管的振荡作用。

到了超短波频带，无线电回路里的特殊问题是很多的，本文所谈只是其中之一。（张启人）