В любом электронном приборе происходит преобразование энергии постоянного тока в энергию полезных колебаний. (кроме параметрических приборов, в которых происходит преобразование энергии источника переменного тока в энергию полезных колебаний на другой частоте).
Для этого в любом электронном приборе должны быть реализованы следующие процессы:
· Получение свободных электронов (тепловая эмиссия с катода в вакууме, эмиттирование носителей в базу или канал в транзисторах).
· Ускорение электронов или передача энергии источника питания электронам.
· Управление электронным потоком (непосредственное изменение плотности электронного потока в управляющем устройстве, или скоростная модуляция электронного потока в управляющем устройстве с последующим преобразованием в модуляцию по плотности в пролётном пространстве)
· Отбор энергии от электронного потока в выходном устройстве.
· Сбор отработанных электронов (коллектирование).
U0 u=U1sin 
u=U2sin
В простейшем случае управляющее устройство может выполнять функции мгновенно действующего затвора или обтюратора, вырезающего из равномерного электронного потока сгустки (пакеты), которые следуют с частотой входного сигнала. Идеальной формой конвекционного тока, создаваемого управляющим устройством, с точки зрения высокого КПД являются короткие прямоугольные импульсы. Электронный поток может иметь при этом вид тонких дисков (пластинок), двигающихся по направлению к выходному устройству на одинаковых расстояниях друг от друга.
На низких и умеренно высоких частотах в вакуумных электронных приборах, а также в транзисторах на всех частотах для получения переменной составляющей электронного потока применяют описанный метод. В электронных лампах такое управление осуществляется с помощью сетки, находящейся под отрицательным потенциалом, и называется электростатическим. В транзисторах конструкция управляющего устройства отличается от управляющего устройства электронной лампы, что определяется изменением принципов работы транзистора.
Основным фактором, ухудшающим работу управляющих устройств описанного типа, в которых непосредственно изменяется плотность электронного потока, является значительное время пролёта электронов между катодом и анодом в лампах, через базу в биполярных транзисторах или через канал в полевых транзисторах. Можно считать, что электронные приборы нормально работают, если пролётное время гораздо меньше периода управляющего напряжения.
Или, относительное время пролёта равно:
 |
Uc1 IE IB
Ic1
I C
Ic
Ica
Ic2
-I c2
Недостатки управления, рассмотренные выше, побудили поиски других методов управления, при использовании которых время пролёта носителей не играло бы отрицательной роли, а по возможности использовалось для модуляции электронного потока по плотности. Слабым местом непосредственного управления плотностью электронного потока в управляющем устройстве является появление наведённого тока, имеющего активную составляющую. Поэтому, для кардинального решения задачи необходимо полностью отказаться от принципа управления потоком путём прямого изменения плотности заряда. В конечном счете, от управляющего устройства требуется только одно: в некоторой плоскости, соответствующей выходному устройству прибора, плотность потока электронов изменялась по закону:
Наиболее целесообразно применять такое воздействие на электронный поток, при котором в пространстве между входным и выходным устройствами электроны в потоке постепенно перегруппировались, образуя сгустки как раз при входе в выходное устройство. При этом плотность заряда на выходе из управляющего устройства могла бы не изменяться, что особенно важно для устранения активной входной проводимости. Проведённые рассуждения содержат в себе важнейший вывод о возможности динамического управления электронным потоком путём предварительного периодического изменения скоростей электронов с последующим преобразованием этого изменения в модуляцию по плотности.
Отбор энергии от электронов обычно связан с уменьшением их кинетической энергии при движении в тормозящем электрическом поле. В общем случае энергия, отбираемая от электрона может быть определена как разность между начальной и конечной кинетической энергиями в выходном устройстве:
Поэтому электронный коэффициент полезного действия можно представить в виде:
Тормозящее поле в выходном устройстве может быть создано автоматически, наведением тока во внешней цепи зазора. При наличии активной нагрузки наведённый ток создаёт такую полярность напряжения, которая обеспечивает ВЧ тормозящее поле в выходном зазоре (условие фазировки). При этом энергия, отбираемая от электронов передаётся во внешнюю нагрузку R. Периодичность поступления сгустков в выходное устройство обеспечивает управляющее устройство – и это второе условие работы приборов – условие синхронизации. Время пролёта электронов в управляющем и выходном устройствах должно быть настолько малым, чтобы за это время переменные напряжения в них сохранялись постоянными.
В зависимости от произведения 
электронные приборы можно разделить на две основные группы:
· К первой группе относятся приборы, для которых угол пролёта: 
· Ко второй группе относятся приборы, для которых угол пролёта: 
Первая группа объединяет большинство приборов (транзисторы, ЛПД, диоды Ганна при доменных режимах работы, клистроны, электронные лампы). В них максимальная частота усиливаемого сигнала меньше или равна:
Этот недостаток удаётся преодолеть в приборах второй группы, к которой относятся большинство СВЧ приборов. Увеличение 
(или увеличение времени взаимодействия) позволяет существенно повысить их выходную мощность.
Заметим, что отличительные особенности различных усилительных или генераторных приборов заключаются в том, каким образом осуществляется модуляция потока носителей заряда: по плотности или по скорости, каково взаимодействие этого потока с высокочастотным полем и за счёт каких факторов соблюдается выполнение условий синхронизации и фазировки.
Итак, несмотря на разнообразие физических процессов, используемых в электронных приборах, их работу можно описать с единых позиций. Действительно, в основе их работы лежит взаимодействие потока движущихся носителей заряда с электромагнитным полем. Время этого взаимодействия зависит от типа прибора. Так, например, в биполярном транзисторе под временем взаимодействия следует понимать время переноса носителей заряда от эмиттера к коллектору, в полевом – время переноса носителей заряда от истока к стоку и т.д.
Процессы усиления и генерации сопровождаются двумя характерными явлениями:
· Первое связано с модуляцией потока носителей заряда по скорости и по плотности (или только по плотности), что приводит к синхронному изменению этого потока и электромагнитного поля и обмену энергией между ними. В этом заключается принцип синхронизма, означающий равенство или кратность частот колебаний потока и поля.
· Однако соблюдения одного принципа синхронизма недостаточно, поскольку генерация и усиление колебаний сопровождается передачей энергии от потока полю и возможна только при торможении носителей заряда полем. Иначе говоря, перемещение носителей под воздействием переменного поля должно быть противоположно их движению за счёт постоянного (ускоряющего носители) поля. В этом заключается принцип фазировки. Для его соблюдения необходимо иметь определённую разность фаз между векторами, характеризующими поток и переменное поле, или между током, наведённом во внешней цепи и напряжением на электродах прибора. При торможении носителей заряда полем наведённый ток уменьшается при возрастании переменного напряжения на электродах и увеличивается при его уменьшении, что соответствует сдвигу по фазе между первыми гармониками тока и напряжения 180 градусов.
