Bagaimana magnetron berfungsi dan berfungsi

Magnetron - peranti elektronik khas di mana penjanaan ayunan frekuensi ultra tinggi (ayunan gelombang mikro) dijalankan dengan memodulasi aliran elektron dari segi kelajuan. Magnetron telah meluaskan bidang aplikasi pemanasan dengan arus frekuensi tinggi dan ultra tinggi.

Amplitron (platinotron), klystron dan lampu gelombang bergerak berdasarkan prinsip yang sama adalah kurang biasa.

Magnetron ialah penjana frekuensi gelombang mikro kuasa tinggi yang paling maju. Ia adalah lampu yang dikosongkan dengan baik dengan pancaran elektron dikawal oleh medan elektrik dan magnet. Mereka memungkinkan untuk mendapatkan gelombang yang sangat pendek (sehingga pecahan sentimeter) pada kuasa yang ketara.

Magnetron menggunakan pergerakan elektron dalam medan elektrik dan magnet yang saling berserenjang yang dicipta dalam jurang anulus antara katod dan anod. Voltan anodik digunakan di antara elektrod, mewujudkan medan elektrik jejari di bawah pengaruh elektron yang dikeluarkan dari katod yang dipanaskan tergesa-gesa ke anod.

Blok anod diletakkan di antara kutub elektromagnet, yang mewujudkan medan magnet dalam jurang anulus yang diarahkan sepanjang paksi magnetron. Di bawah pengaruh medan magnet, elektron menyimpang dari arah jejari dan bergerak di sepanjang trajektori lingkaran yang kompleks. Dalam ruang antara katod dan anod, awan elektron berputar dengan lidah terbentuk, mengingatkan hab roda dengan jejari. Terbang melepasi slot resonator rongga anod, elektron merangsang ayunan frekuensi tinggi di dalamnya.

nasi. 1. Blok anod magnetron

Setiap resonator rongga adalah sistem berayun dengan parameter teragih. Medan elektrik tertumpu di dalam slot dan medan magnet tertumpu di dalam rongga.

Tenaga keluaran daripada magnetron direalisasikan melalui gelung induktif yang diletakkan dalam satu atau lebih kerap dua resonator bersebelahan. Kabel sepaksi membekalkan kuasa kepada beban.

nasi. 2. Peranti magnetron

Pemanasan dengan arus gelombang mikro dijalankan dalam pandu gelombang dengan keratan rentas bulat atau segi empat tepat atau dalam resonator isipadu di mana gelombang elektromagnet bentuk paling mudah TE10 (H10) (dalam pandu gelombang) atau TE101 (dalam resonator rongga). Pemanasan juga boleh dilakukan dengan memancarkan gelombang elektromagnet ke objek pemanasan.

Magnetron dikuasakan oleh arus diperbetulkan dengan litar penerus dipermudahkan. Unit kuasa yang sangat rendah boleh dikuasakan AC.

Magnetron boleh beroperasi pada frekuensi berbeza dari 0.5 hingga 100 GHz, dengan kuasa dari beberapa W hingga puluhan kW dalam mod berterusan dan dari 10 W hingga 5 MW dalam mod berdenyut dengan tempoh denyut terutamanya dari pecahan hingga puluhan mikrosaat.

nasi. 2. Magnetron dalam ketuhar gelombang mikro

Kesederhanaan peranti dan kos magnetron yang agak rendah, digabungkan dengan keamatan pemanasan yang tinggi dan pelbagai aplikasi arus gelombang mikro, membuka prospek besar untuk kegunaannya dalam pelbagai bidang industri, pertanian (contohnya, dalam pemasangan pemanasan dielektrik) dan di rumah (ketuhar gelombang mikro).

Operasi magnetron

Jadi ia adalah magnetron lampu elektrik reka bentuk khas yang digunakan untuk menjana ayunan frekuensi ultra tinggi (dalam julat gelombang desimeter dan sentimeter). Cirinya ialah penggunaan medan magnet kekal (untuk mencipta laluan yang diperlukan untuk pergerakan elektron di dalam lampu), dari yang mana magnetron mendapat namanya.

Magnetron berbilang ruang, idea yang pertama kali dicadangkan oleh M. A. Bonch-Bruevich dan direalisasikan oleh jurutera Soviet D. E. Malyarov dan N. F. Alekseev, adalah gabungan tiub elektron dengan resonator volum. Terdapat beberapa resonator rongga ini dalam magnetron, itulah sebabnya jenis ini dipanggil berbilang ruang atau berbilang rongga.

Prinsip reka bentuk dan pengendalian magnetron berbilang ruang adalah seperti berikut. Anod peranti adalah silinder berongga besar, di permukaan dalaman yang mana sejumlah rongga dengan lubang dibuat (rongga ini adalah resonator volum), katod terletak di sepanjang paksi silinder.

Magnetron diletakkan dalam medan magnet kekal yang diarahkan sepanjang paksi silinder. Elektron yang terlepas dari katod pada sisi medan magnet ini dipengaruhi oleh Kuasa Lorentz, yang membengkokkan laluan elektron.

Medan magnet dipilih supaya kebanyakan elektron bergerak di sepanjang laluan melengkung yang tidak menyentuh anod. Jika kamera peranti (resonator rongga) muncul getaran elektrik (turun naik kecil dalam volum sentiasa berlaku untuk pelbagai sebab, contohnya, akibat menghidupkan voltan anod), maka medan elektrik berselang-seli wujud bukan sahaja di dalam ruang, tetapi juga di luar, berhampiran lubang (slot).

Elektron yang terbang berhampiran anod jatuh ke dalam medan ini dan, bergantung pada arah medan, sama ada memecut atau menyahpecutan di dalamnya. Apabila elektron dipercepatkan oleh medan, mereka mengambil tenaga daripada resonator, sebaliknya, apabila mereka diperlahankan, mereka menyerahkan sebahagian tenaga mereka kepada resonator.

Jika bilangan elektron dipercepatkan dan nyahpecutan adalah sama, maka secara purata mereka tidak akan memberikan tenaga kepada resonator. Tetapi elektron, yang diperlahankan, kemudian mempunyai kelajuan yang lebih rendah daripada apa yang mereka dapat apabila bergerak ke anod. Oleh itu, mereka tidak lagi mempunyai tenaga yang cukup untuk kembali ke katod.

Sebaliknya, elektron yang dipercepatkan oleh medan resonator kemudiannya mempunyai tenaga yang lebih besar daripada yang diperlukan untuk kembali ke katod. Oleh itu, elektron yang, memasuki medan resonator pertama, dipercepatkan di dalamnya, akan kembali ke katod, dan elektron yang perlahan di dalamnya tidak akan kembali ke katod, tetapi akan bergerak di sepanjang laluan melengkung berhampiran anod dan jatuh. ke dalam bidang resonator berikut.

Pada kelajuan pergerakan yang sesuai (yang entah bagaimana berkaitan dengan kekerapan ayunan dalam resonator), elektron ini akan jatuh ke dalam medan resonator kedua dengan fasa ayunan yang sama di dalamnya seperti dalam medan resonator pertama, oleh itu. , dalam bidang resonator kedua, mereka juga akan perlahan.

Oleh itu, dengan pilihan halaju elektron yang sesuai, i.e.voltan anod (serta medan magnet, yang tidak mengubah kelajuan elektron, tetapi mengubah arahnya), adalah mungkin untuk mencapai keadaan sedemikian sehingga elektron individu sama ada akan dipercepatkan oleh medan hanya satu resonator, atau diperlahankan oleh medan beberapa resonator.

Oleh itu, elektron akan, secara purata, memberikan lebih banyak tenaga kepada resonator daripada yang akan diambil daripada mereka, iaitu, ayunan yang berlaku dalam resonator akan meningkat dan, akhirnya, ayunan amplitud malar akan ditubuhkan di dalamnya.

Proses mengekalkan ayunan dalam resonator, yang dipertimbangkan oleh kami dengan cara yang dipermudahkan, disertai dengan satu lagi fenomena penting, kerana elektron, untuk diperlahankan oleh medan resonator, mesti terbang ke medan ini pada fasa ayunan tertentu. daripada resonator, jelas bahawa mereka mesti bergerak dalam aliran yang tidak seragam (t. kemudian mereka akan memasuki medan resonator pada bila-bila masa, bukan pada masa tertentu, tetapi dalam bentuk berkas individu.

Untuk ini, keseluruhan aliran elektron mestilah seperti bintang, di mana elektron bergerak ke dalam dalam rasuk yang berasingan, dan seluruh bintang secara keseluruhan berputar mengelilingi paksi magnetron pada kelajuan sedemikian sehingga rasuknya masuk ke setiap ruang pada detik-detik yang tepat. Proses pembentukan rasuk berasingan dalam rasuk elektron dipanggil pemfokusan fasa dan dijalankan secara automatik di bawah tindakan medan berubah-ubah resonator.

Magnetron moden mampu mencipta getaran sehingga frekuensi tertinggi dalam julat sentimeter (gelombang sehingga 1 cm dan lebih pendek) dan menyampaikan kuasa sehingga beberapa ratus watt dengan sinaran berterusan dan beberapa ratus kilowatt dengan sinaran berdenyut.

Lihat juga:Contoh penggunaan magnet kekal dalam kejuruteraan elektrik dan tenaga