Kā darbojas un darbojas magnetrons

Magnetrons - īpaša elektroniska ierīce, kurā tiek veikta īpaši augstas frekvences svārstību (mikroviļņu svārstību) ģenerēšana, modulējot elektronu plūsmu ātruma izteiksmē. Magnetroni ir ievērojami paplašinājuši apkures pielietojuma jomu ar augstas un īpaši augstas frekvences strāvām.

Retāk sastopami amplitroni (platinotroni), klistroni un ceļojošo viļņu lampas, kuru pamatā ir viens un tas pats princips.

Magnetrons ir vismodernākais lieljaudas mikroviļņu frekvenču ģenerators. Tā ir labi evakuēta lampa ar elektronu staru, ko kontrolē elektriskais un magnētiskais lauks. Tie ļauj iegūt ļoti īsus viļņus (līdz centimetra daļām) ar ievērojamām jaudām.

Magnetroni izmanto elektronu kustību savstarpēji perpendikulāros elektriskajos un magnētiskajos laukos, kas izveidoti gredzenveida spraugā starp katodu un anodu. Starp elektrodiem tiek pielikts anodiskais spriegums, radot radiālu elektrisko lauku, kura ietekmē no sakarsētā katoda izņemtie elektroni steidzas uz anodu.

Anoda bloks ir novietots starp elektromagnēta poliem, kas rada magnētisko lauku gredzenveida spraugā, kas vērsta pa magnetrona asi. Magnētiskā lauka ietekmē elektrons novirzās no radiālā virziena un virzās pa sarežģītu spirālveida trajektoriju. Telpā starp katodu un anodu veidojas rotējošs elektronu mākonis ar mēlītēm, kas atgādina riteņa rumbu ar spieķiem. Lidojot garām anoda dobuma rezonatoru spraugām, elektroni ierosina tajos augstfrekvences svārstības.

Rīsi. 1. Magnetrona anoda bloks

Katrs no dobuma rezonatoriem ir svārstību sistēma ar sadalītiem parametriem. Elektriskais lauks ir koncentrēts spraugās, un magnētiskais lauks ir koncentrēts dobumā.

Magnetrona izejas enerģija tiek realizēta ar induktīvās cilpas palīdzību, kas ievietota vienā vai biežāk divos blakus rezonatoros. Koaksiālais kabelis nodrošina strāvu slodzei.

Rīsi. 2. Magnetrona ierīce

Sildīšanu ar mikroviļņu strāvām veic viļņvados ar apaļu vai taisnstūrveida šķērsgriezumu vai tilpuma rezonatoros, kuros elektromagnētiskie viļņi vienkāršākās formas TE10 (H10) (viļņvados) vai TE101 (dobuma rezonatoros). Sildīšanu var veikt arī, izstarot elektromagnētisko viļņu uz sildīšanas objektu.

Magnetronus darbina ar taisngriežu strāvu ar vienkāršotu taisngrieža ķēdi. Ļoti mazjaudas blokus var darbināt ar maiņstrāvu.

Magnetroni var darboties dažādās frekvencēs no 0,5 līdz 100 GHz, ar jaudu no dažiem W līdz desmitiem kW nepārtrauktā režīmā un no 10 W līdz 5 MW impulsa režīmā ar impulsu ilgumu galvenokārt no daļām līdz desmitiem mikrosekundēm.

Rīsi. 2. Magnetrons mikroviļņu krāsnī

Ierīces vienkāršība un salīdzinoši zemās magnetronu izmaksas apvienojumā ar augstu sildīšanas intensitāti un daudzveidīgu mikroviļņu strāvu pielietojumu paver lielas perspektīvas to izmantošanai dažādās rūpniecības jomās, lauksaimniecībā (piemēram, dielektriskās apkures iekārtas) un mājās (mikroviļņu krāsns).

Magnetrona darbība

Tātad tas ir magnetrons elektriskā lampa speciāls dizains, ko izmanto ultraaugstfrekvences svārstību ģenerēšanai (decimetru un centimetru viļņu diapazonā).Tā īpašība ir pastāvīgā magnētiskā lauka izmantošana (lai izveidotu nepieciešamos ceļus elektronu kustībai lampas iekšpusē), no plkst. kas magnetronam ieguva savu nosaukumu.

Daudzkameru magnetrons, kura ideju pirmais ierosināja M. A. Bončs-Bruevičs un realizēja padomju inženieri D. E. Maljarovs un N. F. Aleksejevs, ir elektronu caurules un tilpuma rezonatoru kombinācija. Magnetronā ir vairāki no šiem dobuma rezonatoriem, tāpēc šo tipu sauc par daudzkameru vai vairāku dobumu.

Daudzkameru magnetrona konstrukcijas un darbības princips ir šāds. Ierīces anods ir masīvs dobs cilindrs, kura iekšējā virsmā ir izveidoti vairāki dobumi ar caurumiem (šie dobumi ir tilpuma rezonatori), katods atrodas pa cilindra asi.

Magnetrons tiek novietots pastāvīgā magnētiskajā laukā, kas vērsts pa cilindra asi. Elektronus, kas izplūst no katoda šī magnētiskā lauka pusē, ietekmē Lorenca spēks, kas izliek elektronu ceļu.

Magnētiskais lauks ir izvēlēts tā, lai lielākā daļa elektronu pārvietotos pa izliektiem ceļiem, kas neskar anodu. Ja parādās ierīces kameras (dobuma rezonatori). elektriskās vibrācijas (nelielas tilpuma svārstības vienmēr rodas dažādu iemeslu dēļ, piemēram, anoda sprieguma ieslēgšanas rezultātā), tad mainīgs elektriskais lauks pastāv ne tikai kameru iekšpusē, bet arī ārpusē, netālu no caurumiem (spravām).

Elektroni, kas lido netālu no anoda, iekrīt šajos laukos un, atkarībā no lauka virziena, tajos vai nu paātrina, vai palēninās. Kad elektronus paātrina lauks, tie ņem enerģiju no rezonatoriem, gluži pretēji, palēninot, tie daļu savas enerģijas atdod rezonatoriem.

Ja paātrināto un palēnināto elektronu skaits būtu vienāds, tad vidēji tie nedotu enerģiju rezonatoriem. Bet elektroniem, kas tiek palēnināti, ir mazāks ātrums nekā tiem, kas tiek iegūti, pārejot uz anodu. Tāpēc viņiem vairs nav pietiekami daudz enerģijas, lai atgrieztos pie katoda.

Gluži pretēji, tiem elektroniem, kurus paātrina rezonatora lauks, ir lielāka enerģija nekā nepieciešama, lai atgrieztos katodā. Tāpēc elektroni, kas, nonākot pirmā rezonatora laukā, tajā tiek paātrināti, atgriezīsies katodā, un tie, kas tajā ir palēnināti, neatgriezīsies katodā, bet pārvietosies pa izliektiem ceļiem anoda tuvumā un nokritīs. šādu rezonatoru laukā.

Pie piemērota kustības ātruma (kas kaut kā saistīts ar svārstību biežumu rezonatoros) šie elektroni nonāks otrā rezonatora laukā ar tādu pašu svārstību fāzi tajā kā pirmā rezonatora laukā, tāpēc , otrā rezonatora laukā tie arī palēnināsies.

Tādējādi ar piemērotu elektronu ātruma izvēli, t.i.anoda spriegums (kā arī magnētiskais lauks, kas nemaina elektrona ātrumu, bet maina tā virzienu), ir iespējams panākt tādu situāciju, ka atsevišķu elektronu vai nu paātrinās tikai viena rezonatora lauks, vai palēnina vairāku rezonatoru lauks.

Tāpēc elektroni rezonatoriem vidēji atdos vairāk enerģijas, nekā tie no tiem atņems, tas ir, palielināsies svārstības, kas notiek rezonatoros, un galu galā tajos tiks izveidotas nemainīgas amplitūdas svārstības.

Mūsu vienkāršotā veidā aplūkoto svārstību uzturēšanas procesu rezonatoros pavada vēl viena svarīga parādība, jo elektroniem, lai tos palēninātu rezonatora lauks, ir jāielido šajā laukā noteiktā svārstību fāzē. no rezonatora acīmredzot ir tas, ka tiem jāpārvietojas nevienmērīgā plūsmā (t. tad tie nonāktu rezonatora laukā jebkurā laikā, nevis noteiktos laikos, bet gan atsevišķu saišķu veidā.

Šim nolūkam visai elektronu plūsmai ir jābūt kā zvaigznei, kurā elektroni pārvietojas iekšā atsevišķos staros, un visa zvaigzne kopumā griežas ap magnetrona asi ar tādu ātrumu, lai tās stari nonāktu katrā kamerā plkst. īstos brīžus. Atsevišķu staru veidošanās procesu elektronu starā sauc par fāzes fokusēšanu, un tas tiek veikts automātiski rezonatoru mainīgā lauka iedarbībā.

Mūsdienu magnetroni spēj radīt vibrācijas līdz augstākajām frekvencēm centimetru diapazonā (viļņi līdz 1 cm un pat īsāki) un nodrošināt jaudu līdz vairākiem simtiem vatu ar nepārtrauktu starojumu un vairākiem simtiem kilovatu ar impulsa starojumu.

Skatīt arī:Pastāvīgo magnētu izmantošanas piemēri elektrotehnikā un enerģētikā