Kako radi i radi magnetron

Magnetron - poseban elektronički uređaj u kojem se generiranje ultravisokofrekventnih oscilacija (mikrovalnih oscilacija) provodi modulacijom protoka elektrona u smislu brzine. Magnetroni su uvelike proširili područje primjene grijanja strujama visoke i ultravisoke frekvencije.

Rjeđi su amplitroni (platinotroni), klistroni i lampe s putujućim valom na istom principu.

Magnetron je najnapredniji generator mikrovalnih frekvencija visoke snage. To je dobro vakuumirana svjetiljka sa snopom elektrona kontroliranim električnim i magnetskim poljem. Omogućuju dobivanje vrlo kratkih valova (do frakcija centimetra) pri značajnim snagama.

Magnetroni koriste kretanje elektrona u međusobno okomitim električnim i magnetskim poljima stvorenim u prstenastom rasporu između katode i anode. Između elektroda se dovodi anodni napon, stvarajući radijalno električno polje pod čijim utjecajem elektroni uklonjeni sa zagrijane katode hrle prema anodi.

Anodni blok postavljen je između polova elektromagneta, koji stvara magnetsko polje u prstenastom rasporu usmjerenom duž osi magnetrona. Pod utjecajem magnetskog polja elektron odstupa od radijalnog smjera i kreće se duž složene spiralne putanje. U prostoru između katode i anode stvara se rotirajući elektronski oblak s jezicima koji podsjeća na glavčinu kotača sa žbicama. Leteći pored utora rezonatora anodnih šupljina, elektroni u njima pobuđuju visokofrekventne oscilacije.

Riža. 1. Blok magnetronske anode

Svaki od rezonatora šupljine je oscilatorni sustav s raspodijeljenim parametrima. Električno polje je koncentrirano u utorima, a magnetsko polje je koncentrirano unutar šupljine.

Izlazna energija iz magnetrona ostvaruje se pomoću induktivne petlje smještene u jedan ili češće dva susjedna rezonatora. Koaksijalni kabel napaja opterećenje.

Riža. 2. Magnetronski uređaj

Zagrijavanje mikrovalnim strujama provodi se u valovodima kružnog ili pravokutnog presjeka ili u volumenskim rezonatorima u kojima Elektromagnetski valovi najjednostavniji oblici TE10 (H10) (u valovodima) ili TE101 (u šupljim rezonatorima). Zagrijavanje se može izvesti i emitiranjem elektromagnetskog vala na grijaći objekt.

Magnetroni se napajaju ispravljenom strujom s pojednostavljenim strujnim krugom ispravljača. Jedinice vrlo male snage mogu se napajati izmjeničnom strujom.

Magnetroni mogu raditi na različitim frekvencijama od 0,5 do 100 GHz, snage od nekoliko W do desetaka kW u kontinuiranom načinu rada i od 10 W do 5 MW u pulsirajućem načinu rada s trajanjem impulsa uglavnom od frakcija do desetaka mikrosekundi.

Riža. 2. Magnetron u mikrovalnoj pećnici

Jednostavnost uređaja i relativno niska cijena magnetrona, u kombinaciji s visokim intenzitetom zagrijavanja i raznolikom primjenom mikrovalnih struja, otvaraju velike mogućnosti za njihovu primjenu u raznim područjima industrije, poljoprivrede (npr. dielektrične instalacije grijanja) i kod kuće (mikrovalna pećnica).

Magnetronski rad

Dakle, to je magnetron električna svjetiljka poseban dizajn koji se koristi za generiranje ultra-visokofrekventnih oscilacija (u rasponu decimetarskih i centimetarskih valova).Njegova karakteristika je korištenje trajnog magnetskog polja (za stvaranje potrebnih putanja za kretanje elektrona unutar svjetiljke), od po kojoj je magnetron dobio ime.

Magnetron s više komora, čiju je ideju prvi predložio M. A. Bonch-Bruevich, a realizirali sovjetski inženjeri D. E. Malyarov i N. F. Alekseev, kombinacija je elektronske cijevi s volumenskim rezonatorima. Postoji nekoliko ovih rezonatora sa šupljinom u magnetronu, zbog čega se ovaj tip naziva višekomorni ili višešupljinski.

Princip dizajna i rada višekomornog magnetrona je sljedeći. Anoda uređaja je masivni šuplji cilindar, u čijoj je unutarnjoj površini napravljen niz šupljina s rupama (ove šupljine su rezonatori volumena), katoda se nalazi duž osi cilindra.

Magnetron se nalazi u stalnom magnetskom polju usmjerenom duž osi cilindra. Na elektrone koji izlaze iz katode na strani ovog magnetskog polja utječe Lorentzova sila, koji savija putanju elektrona.

Magnetsko polje je odabrano tako da se većina elektrona kreće po zakrivljenim stazama koje ne dodiruju anodu. Ako se pojave kamere uređaja (rezonatori šupljina). električne vibracije (male fluktuacije volumena uvijek se javljaju iz različitih razloga, na primjer, kao rezultat uključivanja anodnog napona), tada izmjenično električno polje postoji ne samo unutar komora, već i izvana, u blizini rupa (utora).

Elektroni koji lete u blizini anode padaju u ta polja i, ovisno o smjeru polja, ili ubrzavaju ili usporavaju u njima. Kada se elektroni ubrzavaju poljem, oni uzimaju energiju iz rezonatora, naprotiv, kada se usporavaju, predaju dio svoje energije rezonatorima.

Kada bi broj ubrzanih i usporenih elektrona bio isti, tada oni u prosjeku ne bi davali energiju rezonatorima. Ali elektroni, koji su usporeni, tada imaju manju brzinu od one koju dobiju kada se kreću prema anodi. Stoga više nemaju dovoljno energije za povratak na katodu.

Naprotiv, oni elektroni koji su ubrzani poljem rezonatora tada posjeduju energiju veću od one potrebne da se vrate na katodu. Stoga će se elektroni koji se, ušavši u polje prvog rezonatora, u njemu ubrzaju, vratiti na katodu, a oni koji se u njoj uspore neće vratiti na katodu, već će se kretati zakrivljenim stazama u blizini anode i pasti u polje sljedećih rezonatora.

Pri odgovarajućoj brzini gibanja (koja je na neki način povezana s frekvencijom oscilacija u rezonatorima), ti će elektroni pasti u polje drugog rezonatora s istom fazom oscilacija u njemu kao u polju prvog rezonatora, dakle , u polju drugog rezonatora , također će se usporiti.

Dakle, uz odgovarajući izbor brzine elektrona, tj.anodni napon (kao i magnetsko polje, koje ne mijenja brzinu elektrona, ali mijenja njegov smjer), moguće je postići takvu situaciju da će pojedini elektron ili biti ubrzan poljem samo jednog rezonatora, ili usporen poljem nekoliko rezonatora.

Stoga će elektroni rezonatorima u prosjeku dati više energije nego što će im oduzeti, odnosno oscilacije koje se javljaju u rezonatorima će se povećati i, na kraju, u njima će se uspostaviti titraji konstantne amplitude.

Proces održavanja oscilacija u rezonatorima, koji smo pojednostavljeno razmotrili, prati još jedan važan fenomen, budući da elektroni, da bi bili usporeni poljem rezonatora, moraju letjeti u ovo polje u određenoj fazi osciliranja. rezonatora, očito je da se moraju kretati u nejednolikom strujanju (t. onda bi ušli u polje rezonatora bilo kada, ne u određeno vrijeme, već u obliku pojedinačnih snopova.

Za to, cijeli tok elektrona mora biti poput zvijezde, u kojoj se elektroni kreću unutra u zasebnim snopovima, a cijela zvijezda kao cjelina rotira oko osi magnetrona takvom brzinom da njegovi snopovi dolaze u svaku komoru na prave trenutke. Proces formiranja zasebnih snopova u elektronskom snopu naziva se fazno fokusiranje i odvija se automatski pod djelovanjem promjenjivog polja rezonatora.

Suvremeni magnetroni sposobni su stvarati vibracije do najviših frekvencija u centimetarskom području (valovi do 1 cm pa čak i kraći) i isporučivati ​​snagu do nekoliko stotina vata s kontinuiranim zračenjem i nekoliko stotina kilovata s pulsirajućim zračenjem.

Vidi također:Primjeri primjene permanentnih magneta u elektrotehnici i energetici