Магнетрон принцип работы. Принцип работы магнетрона в СВЧ-печи: как устроен и функционирует основной компонент микроволновки — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен магнетрон микроволновой печи. Каков принцип его работы. Из каких основных частей состоит магнетрон. Как происходит генерация СВЧ-волн в магнетроне. Какую роль играет магнетрон в работе микроволновки. Какие процессы происходят внутри магнетрона при его работе.

Содержание

Что такое магнетрон и для чего он нужен в микроволновой печи

Магнетрон — это ключевой компонент микроволновой печи, отвечающий за генерацию СВЧ-волн, которые нагревают пищу. Это электровакуумный прибор, преобразующий энергию постоянного электрического тока в энергию электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты.

Основные функции магнетрона в микроволновке:

Генерация СВЧ-волн с частотой около 2,45 ГГц
Обеспечение мощности излучения до 700-1000 Вт
Создание электромагнитного поля внутри камеры печи
Нагрев продуктов за счет воздействия микроволн на молекулы воды

Без магнетрона микроволновая печь не смогла бы выполнять свою основную функцию — быстрый нагрев и приготовление пищи. Именно этот компонент отвечает за преобразование электрической энергии в микроволновое излучение.

Устройство и конструкция магнетрона СВЧ-печи

Магнетрон имеет сложную конструкцию, состоящую из нескольких основных элементов:

Катод — располагается в центре и служит источником электронов
Анодный блок — окружает катод и имеет резонаторные полости
Постоянный магнит — создает магнитное поле
Антенна — отводит СВЧ-энергию
Система охлаждения — отводит тепло от анода

Катод нагревается до высокой температуры и испускает электроны. Анодный блок имеет четное число резонаторных полостей (чаще всего 8). Магнит создает сильное магнитное поле, направленное вдоль оси катода. Антенна связана с одним из резонаторов и выводит СВЧ-энергию.

Принцип работы магнетрона микроволновой печи

Принцип действия магнетрона основан на взаимодействии потока электронов с электрическим и магнитным полями. Процесс генерации СВЧ-колебаний происходит следующим образом:

Нагретый катод испускает электроны
Под действием электрического поля электроны движутся к аноду
Магнитное поле искривляет траектории электронов
Электроны группируются в сгустки — «спицы»
Сгустки взаимодействуют с резонаторами анода
В резонаторах возбуждаются высокочастотные колебания
СВЧ-энергия выводится через антенну

За счет синхронизации движения электронных сгустков с СВЧ-полем происходит эффективная передача энергии от электронов к полю волны. Это обеспечивает генерацию мощных СВЧ-колебаний.

Основные параметры и характеристики магнетронов СВЧ-печей

Ключевые характеристики магнетронов, используемых в бытовых микроволновых печах:

Рабочая частота: 2,45 ГГц
Выходная мощность: 600-1000 Вт
Анодное напряжение: 3-4 кВ

КПД: 60-70%
Срок службы: 5000-7000 часов

Важными параметрами также являются стабильность частоты, уровень шумов, габариты и масса. Современные магнетроны для СВЧ-печей компактны, надежны и обеспечивают высокую эффективность преобразования энергии.

Как происходит нагрев продуктов в микроволновой печи

СВЧ-волны, генерируемые магнетроном, проникают в продукты и вызывают колебания молекул воды. Механизм нагрева включает следующие этапы:

СВЧ-волны проникают в продукт на глубину 2-5 см
Молекулы воды начинают колебаться с частотой волн
Возникает трение между молекулами
Кинетическая энергия молекул преобразуется в тепловую
Происходит быстрый нагрев продукта изнутри

Такой способ позволяет очень быстро разогревать или готовить пищу. При этом нагрев происходит равномерно по всему объему продукта, а не только с поверхности.

Преимущества и недостатки использования магнетрона в СВЧ-печах

Применение магнетрона в микроволновках имеет как плюсы, так и минусы:

Преимущества:

Высокая эффективность преобразования энергии
Компактные размеры
Быстрый нагрев продуктов
Простота конструкции

Недостатки:

Ограниченный срок службы (5-7 лет)
Сложность ремонта
Высокое напряжение питания
Нестабильность частоты при изменении нагрузки

Несмотря на некоторые недостатки, магнетрон остается оптимальным выбором для бытовых СВЧ-печей благодаря сочетанию эффективности, компактности и надежности.

Перспективы развития и альтернативы магнетронам в микроволновых печах

Хотя магнетрон используется в СВЧ-печах уже более 50 лет, ведутся разработки альтернативных технологий:

Твердотельные СВЧ-генераторы на основе LDMOS-транзисторов
Гибридные системы с комбинацией магнетрона и полупроводниковых усилителей
СВЧ-генераторы на основе нитрида галлия (GaN)

Основные направления совершенствования магнетронов:

Повышение КПД и снижение энергопотребления
Увеличение срока службы
Улучшение стабильности частоты
Снижение уровня шумов

Несмотря на появление альтернатив, магнетрон в обозримом будущем останется основным типом генератора для бытовых СВЧ-печей благодаря оптимальному сочетанию характеристик и стоимости.

2 Принцип работы магнетрона

Электроны эмиттируются из катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Если бы не было поля электромагнитной волны, электроны бы двигались в скрещённых электрическом и магнитном полях по сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по наружной поверхности окружности большего диаметра, в конкретном случае — по наружной поверхности катода). При достаточно высоком магнитном поле (параллельном оси магнетрона) электрон, движущийся по этой кривой, не может достичь анода (по причине действия на него со стороны этого магнитного поля силы Лоренца), при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода.

В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также статистических эффектов (дробовой шум) в этом электронном облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются резонаторами. Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения увеличивается, и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона уменьшается, центр окружности вращения смещается ближе к аноду, и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод-катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне.

Однако, если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой. Если средняя скорость вращения электрона вокруг катода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может находиться непрерывно в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна.

Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с ВЧ-полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.

Резонаторная система принимает поток электронов, движущихся от катода к аноду, и одновременно отводит тепло. В резонаторной системе есть несколько частот, при которых на длине резонатора укладывается целое число стоячих волн от 1 до n/2 (n-число резонаторов). На определенной резонансной частоте и возникают СВЧ колебания.

Резонаторы магнетрона представляют собой замедляющую систему, в них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определённых видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π.

В резонаторе на электроны, двигающиеся от катода к аноду, действуют три поля: постоянное электрическое, сообщающее кинетическую энергию электронам, постоянное магнитное поле, изменяющее траекторию их движения, и СВЧ поле, возникающее в резонаторах и проникающее через щели в промежуток катод-анод. При этом часть электронов, которые замедляются полем, отдают энергию, поддерживая колебания в резонаторе. В магнетроне процессы формирования, управления и преобразования энергии электронного потока происходят в одном пространстве взаимодействия, что осложняет анализ работы этого устройства.

Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающихся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец, одно из которых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные — другой).

На рисунке 6 приведена структура ВЧ электрического поля в пространстве взаимодействия вблизи одиночного резонатора (а) и по кругу всего анодного блока. Вектор напряженности поля можно разложить на радиальную и тангенциальную составляющие. При этом в пространстве взаимодействия возникает стоячая волна на определенной частоте, а резонаторный блок представляет собой замедляющую систему.

Рисунок 6 — Структура ВЧ электрического поля

Если средняя составляющая скорости электрона равна фазовой скорости СВЧ волны вдоль резонансной системы (условие синхронизма), то СВЧ поле группирует электроны, замедляя их и отбирая энергию, полученную от статического электрического поля. Траектория движения электрона в пространстве взаимодействия приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 — Траектория движения электрона в пространстве взаимодействия

Три электрона (А, Б и В) находятся в разных точках тормозящего ВЧ поля в пространстве взаимодействия и имеют различные скорости. Электрон А будет ускоряться радиальной составляющей ВЧ поля, а электрон В – замедляться. В результате оба они с разных сторон будут приближаться к электрону Б, находящемуся в плоскости, где радиальная составляющая электрического поля равна нулю. Таким образом, происходит группировка электронов по скорости, а отбор энергии электронного пучка осуществляется тангенциальной составляющей поля, что приводит к образованию в магнетроне электронных пучков, двигающихся от катода к аноду. Число таких пучков в два раза меньше числа резонаторов. На рисунке 8 показана огибающая этих пучков в фиксированный момент времени (траектории конкретных электронов показаны сплошными линиями).

Рисунок 8 — Огибающая электронных пучков в фиксированный момент времени

Весь пространственный заряд электронных пучков вращается вокруг катода синхронно с изменением ВЧ электрического поля. В моменты времени, когда электронные пучки подходят к щелям резонаторов, поле в них оказывается тормозящим, отбирающим энергию у электронов. В результате потенциальная энергия электронного потока, получаемая им от источника постоянного анодного напряжения, преобразуется в энергию электромагнитных колебаний, генерируемых магнетроном.

В зависимости от режима работы различают магнетроны импульсного и непрерывного действия. К.п.д. магнетронов достигает 95%, рабочая частота от 0,5 до 100 ГГц, длительность импульсов колебаний 0,02-100 мкс, мощность прибора от нескольких Вт до десятков МВт.

Принцип работы магнетрона

Магнетроны называются электронные приборы, в которых образуются колебания сверхвысокой частоты при помощи модуляции потока электронов. Магнитные и электрические поля в нем действуют с большой силой. Впервые магнетрон был создан в Америке в году. С течением времени эксперименты с ним продолжались. В результате появилось множество видов магнетронов, использующихся в радиоэлектронике. Менее распространены клистроны, платинотроны, которые основаны на этом же принципе действия.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Принцип работы и устройство магнетрона

Магнетрон устройство и принцип работы

Устройство и принцип работы магнетрона

Устройство микроволновой печи схема и принцип работы

Неисправности магнетрона микроволновой печи

Как безопасно выполнить ремонт микроволновой печи своими руками

Из чего состоит и как работает микроволновка

Магнетрон. Описание работы и проверка исправности

Устройство магнетрона микроволновой печи

Как работает магнетрон, как он выглядит, его предназначение

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как работает магнетрон, как подключить магнетрон к питанию

Принцип работы и устройство магнетрона

Многорезонаторными магнетронами называют электронные приборы, в которых образование электронного потока и его взаимодействие с переменными электрическими полями ряда колебательных контуров-резонаторов происходит в стационарных скрещенных электрическом и магнитном полях. Магнетроны служат генераторами незатухающих колебаний в диапазоне от миллиметровых до метровых волн.

Анодный блок многорезонаторного магнетрона рис. Вместе со щелями, соединяющими эти отверстия с центральным, они образуют объемные резонаторы.

Таким образом, анодный блок представляет собой систему связанных контуров. Часть анодного блока, заключенная между двумя соседними щелями, называется сегментом. В центральном отверстии расположен катод в виде цилиндра, боковая поверхность которого покрыта оксидным слоем.

Пространство между катодом и анодным блоком называется пространством взаимодействия. Здесь поток электронов, движущихся от катода к аноду, взаимодействует с переменными электрическими полями, сконцентрированными вблизи щелей колебательных систем. В одном из резонаторов имеется петля связи, с помощью которой энергия высокочастотных колебаний отводится из магнетрона. Как правило, анодный блок магнетрона заземляется а катоду сообщается достаточно высокий отрицательный потенциал.

Магнетрон помещается в постоянное магнитное поле, образуемое постоянным магнитом, полюсы которого находятся вблизи торцовых поверхностей анодного блока. Поэтому движение электронов в пространстве взаимодействия подобно движению электронов в системе цилиндрических электродов, помещенной в осевое магнитное поле рис. Однако траектории электронов в магнетроне более сложные, так как, помимо постоянных электрического и магнитного полей, в пространстве взаимодействия имеется переменное электрическое поле, влияющее на движение электронов.

Принцип действия. Механизм возникновения незатухающих колебаний в магнетроне такой же, как и в любом автогенераторе. Начальные колебания в резонаторах магнетрона возникают в результате флуктуации электронного потока. Частота этих колебаний в общем случае несколько отличается от собственной резонансной частоты колебательных систем, так как анодный блок магнетрона образует систему сложно связанных контуров. Колебания поддерживаются за счет энергии источника постоянного напряжения анод — катод, которая с помощью электронного потока, ускоряемого постоянным электрическим полем и взаимодействующего с переменным электрическим полем вблизи щелей резонаторов, передается полю волны.

Такую направленную передачу энергии можно осуществить, как известно, если электронный поток взаимодействует с переменным электрическим полем определенной фазы. Для этого электронный поток должен быть сгруппирован в сгустки, время прохождения которых вблизи щели резонатора совпадало бы со временем существования там поля в нужной фазе. Движение электронов от катода к аноду в магнетроне происходит не во всех азимутальных направлениях равномерно. Потоки электронов к аноду создаются лишь в некоторых областях пространства взаимодействия, образуя так называемые электронные спицы рис.

Число спиц зависит от характера высокочастотных колебаний и в наиболее употребительном режиме работы магнетрона равно половине числа резонаторов. Электроны в спицах перемещаются к аноду по сложным петлеобразным траекториям, так как характер их движения определяется суммарным воздействием постоянного и переменного электрических полей и постоянного магнитного поля. Спицы образуются вблизи участков катода, лежащих против тех сегментов анода, которые в данный момент оказываются благодаря наложению переменного электрического поля заряженными до более положительного потенциала рис.

Так как с изменением фазы колебаний меняются знаки заряда на сегментах анода, то изменяются и участки катода, вблизи которых формируются спицы. Спицы как бы вращаются в пространстве взаимодействия со скоростью, зависящей от частоты колебаний и фазовых соотношений для полей двух соседних резонаторов. Скорость вращения спиц такова, что моменты прохождения электронов вблизи щелей резонаторов всегда совпадают с моментами существования там нужной фазы поля.

Иначе говоря, вращение спиц синхронизируется с изменением фазы высокочастотных колебаний. При сложном движении в спице от катода к аноду электроны на каждом витке теряют часть своей потенциальной энергии, которая и передается полю.

Электроны, отдавшие свою энергию полю, непрерывно уходят на анод, а спицы пополняются новыми электронами, эмиттированными катодом. Таков в общих чертах принцип работы многорезонаторного магнетрона. Возможные виды колебаний.

Как видно из рис. Вообще говоря, в такой системе связанных резонаторов может возникнуть N различных видов колебаний. Однако в замкнутой системе из N резонаторов существуют только те колебания, для которых суммарная разность фаз при обходе по окружности анодного блока равна:. В противном случае в результате интерференции волна уничтожится.

Этот вид колебаний не имеет дублета и, как будет показано, возникает при меньших, по сравнению с другими видами, анодных напряжениях и магнитных полях. Поэтому анодные блоки многорезонаторных магнетронов обязательно содержат четное число резонаторов.

Поля в магнетроне. На рис. Для наглядности анодный блок магнетрона изображен в развернутом виде рис. Ниже на развертках анодного блока пунктиром показаны силовые линии переменного магнитного поля для момента времени, соответствующего максимуму тока в контуре. Под развертками блока изображены кривые распределения высокочастотного потенциала вдоль поверхности анода.

Силовые линии переменного электрического поля, когда ток в контуре равен нулю, показаны слева. Образование электронных спиц. Образование переменного по плотности электронного потока — электронных спиц — в многорезонаторном магнетроне осуществляется, как и во всех приборах типа М, за счет взаимодействия электронов с переменным неоднородным электрическим полем. Физические процессы, лежащие в основе такого взаимодействия, рассмотренные в гл. В отсутствие колебаний в магнетроне электрон, покинувший катод с нулевой скоростью, движется по эпициклоидальной траектории рис.

При возникновении колебаний вблизи щелей резонаторов образуются неоднородные электрические поля. В отличие от рассмотренного в гл. Однако общая картина от этого не меняется. Воздействие радиальной составляющей поля аналогично влиянию поперечной составляющей в случае плоских электродов, а тангенциальная составляющая поля действует так же, как продольная. В первом случае электрон, вылетевший с поверхности катода, описывая дугу эпициклоиды, оказывается в поле резонатора в тот момент, когда вектор тангенциальной составляющей поля противоположен по направлению вектору скорости электрона в верхней части витка.

В результате поверхность качения образующей окружности искривляется и электрон, описав виток, оказывается у поверхности катода с некоторым запасом энергии, которую он и рассеивает в виде тепла при соударении с катодом. Таким образом, большинство электронов, вылетающих с катода против резонаторов, поле которых характеризуется рассмотренной фазой, удаляются на катод. Исключение могут составить лишь те электроны, начальная скорость которых позволит им остаться в пространстве взаимодействия. Взаимодействие этих электронов с радиальной составляющей приводит к уменьшению плотности электронного потока в этой области поля.

В самом деле, скорость электрона в точке 4 уменьшается, а в точке 6 — увеличивается относительно скорости центрального электрона, находящегося в точке 5 см. Происходит разгруппирование электронов. Иной характер имеет движение электронов, попадающих в противоположную фазу поля рис. Под действием радиальной составляющей электрон в точке 1 приобретает дополнительную скорость в тангенциальном направлении, а скорость электрона в точке 3 уменьшается.

Электроны группируются в сгусток вокруг электрона, находящегося в точке 2. Происходит фазовая фокусировка электронного потока. Поверхность качения образующей окружности поднимается над поверхностью катода.

Траекторию движения электрона можно приближенно представить как траекторию точки окружности, катящейся по некоторой криволинейной поверхности, уходящей от катода к аноду. Число «петель» в траектории и «крутизна» образующей поверхности зависят от величины анодного напряжения, магнитной индукции, а также от интенсивности переменного электрического поля.

Итак, на анод, описывая петлеобразные траектории, устремляются лишь электроны, покидающие те участки катода, против которых в данный момент времени существует тормозящее электроны переменное электрическое поле: в магнетроне образуются электронные спицы. Число таких спиц при противофазном виде колебаний равно половине числа резонаторов см.

Движение электронных спиц. Поскольку через каждые полпериода знаки высокочастотных потенциалов на сегментах меняются на обратные неоднородное поле как бы вращается вокруг оси прибора , перемещаются вслед за полем и электронные спицы. Для обеспечения нужной угловой скорости вращения спиц требуется, как мы увидим далее, определенная величина разности потенциалов между анодом и катодом. Такое синхронное с перемещением поля вращение электронных спиц обеспечивает не только непрерывное уплотнение электронов в спицах — их фазовую фокусировку, но и необходимый режим обмена энергией между электронами и сверхвысокочастотным полем.

Передача энергии от электронов полю. Электроны, образующие спицу одновременно с вращательным движением, описывая витки эпициклоиды, поднимаются от катода и постепенно уходят на анод. По мере вращения спица пополняется электронами с новых участков катода. Таким образом, электроны в спицах непрерывно перемещаются в радиальном направлении от катода к аноду.

Эта составляющая движения электронов сопровождается уменьшением их потенциальной энергии. Энергия электронов передается электромагнитному полю, взаимодействие с электрической составляющей которого и служит причиной рассмотренного движения электронов.

Для обеспечения радиального перемещения электронов, как и для вращательного движения спиц, требуются определенные величины разности потенциалов анод — катод и напряженности магнитного поля. Парабола критического режима.

Если анодное напряжение магнетрона больше критического, то условия передачи электронами энергии высокочастотному полю не выполняются. При этом высокочастотные колебания, даже если они и возникли, не могут поддерживаться за счет энергии электронов, которые не описывают петель и практически не взаимодействуют с переменным электрическим полем вблизи щелей резонаторов.

Поэтому рабочие значения анодных напряжений должны лежать ниже параболы критического режима рис. Потенциал синхронизации. Однако для нормальной работы магнетрона недостаточно движения электронов по петлеобразным траекториям.

Необходимо, кроме того, добиться вращения спиц с определенной угловой частотой, синхронной с изменением фазы сверхвысокочастотных колебаний. Условие синхронизма может выполняться при различных значениях угловой скорости вращения спиц. На графике по оси ординат отложено время и под резверткой анодного блока изображены кривые распределения высокочастотного потенциала через каждые четверть периода.

В течение всего времени узлы напряжения остаются в середине щелей. Во всех случаях, когда р — целое число, электроны оказываются в тормозящем поле вблизи каждого резонатора.

Для характеристики угловой скорости вращения электронов удобно ввести некоторый параметр k, равный числу периодов, в течение которых электрон проходит мимо всех резонаторов и возвращается к исходной точке. Тогда время движения электрона между соседними резонаторами, выраженное в долях периода Т, определится соотношением. Используя параметр k, нетрудно получить выражение угловой скорости вращения электронов для колебаний любого вида:. Для обеспечения угловой скорости вращения необходимо, чтобы электрон, находящийся в спице у поверхности анода, обладал тангенциальной скоростью.

Кинетическую энергию в магнетроне электрон приобретает за счет постоянного электрического поля, определяемого разностью потенциалов U а. Приравнивая и , получим значение анодного напряжения, необходимого для обеспечения синхронного вращения электронов:.

Эта величина, называемая потенциалом синхронизации, определяет наименьшее для заданного k значение анодного напряжения, при котором возможно синхронное вращение электронных спиц.

Магнетрон устройство и принцип работы

В году швейцарский физик Генрих Грайнахер изучал способы вычисления массы электрона. Он собрал установку, в которой внутрь магнита был помещен электровакуумный диод с цилиндрическим анодом вокруг стержневидного катода. Ему не удалось измерить массу электрона из-за проблем с получением достаточного уровня вакуума в лампе, однако в ходе работы были разработаны математические модели движения электронов в электрических и магнитных полях. Халл планировал использовать для управления потоком электронов между катодом и анодом изменяющееся магнитное поле вместо постоянного электрического.

В статье рассмотрим как выглядит магнетрон, что он из себя представляет, принцип его работы, приведем несколько изображений и видео с.

Устройство и принцип работы магнетрона

Схема микроволновки Samsung мало отличается от аналогичных устройств. Ознакомиться с ее описанием будет интересно многим. Это полезно для владельцев СВЧ от Самсунг и других производителей. Одним просто любопытно знать, как работает то или иное устройство. Другим знание конструкции поможет не совершать ошибок при эксплуатации. Третьи интересуются схемой, чтобы самостоятельно починить печь. Одна из важнейших деталей, которые превращают компактную камеру в СВЧ-печь, — магнетрон. Так называют вакуумную лампу, способную воспроизводить сверхвысокочастотные волны. Именно СВЧ-волны разогревают пищу. Электромагнитные волны с частотой 2,45 гигагерц воздействуют на молекулы воды в пище, заставляя их двигаться быстрее и увеличивая трение между ними.

Устройство микроволновой печи схема и принцип работы

Микроволновая печь применяется в быту для быстрого приготовления пищи уже довольно давно. Серийно их начали изготавливать в году и очень быстро эти приборы стали незаменимы практически на любой кухне. При этом сама микроволновая печь не вырабатывает тепло, а только излучает радиоволны сверхвысокой частоты СВЧ. Взаимодействуя с продуктами питания, эти волны заставляют молекулы жидкости, находящиеся в пище, вращаться с большой частотой. Возникающее при этом на молекулярном уровне трение и нагревает еду.

Микроволновую печь в наше время можно встретить практически на каждой кухне. Однако не многие знают, как она работает, и что такое магнетрон.

Неисправности магнетрона микроволновой печи

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Правильна ли Специальная теория относительности? Магнитный воин -какие силы стоят за эффектом Джанибекова? Решите задачу по физике 1 ставка.

Как безопасно выполнить ремонт микроволновой печи своими руками

В дециметровом и сантиметровом диапазонах волн эффективным генераторным прибором является многорезонаторный магнетрон. Магнетрон это прибор для генерации электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты СВЧ , основанный на взаимодействии электронов, движущихся в магнитном поле по криволинейным траекториям с возбуждаемым электромагнитным полем. Типичный многорезонаторный магнетрон представляет собой устройство рис. Магнитная индукция направлена вдоль оси магнетрона. Анодное напряжение U a между анодом и катодом создает электрическое поле, перпендикулярное магнитному.

Для того чтобы понять Принцип работы принцип работы магнепмпульсного магнетрона трона, вначале рассмотрим движение электрона в скрещенных .

Из чего состоит и как работает микроволновка

Магнетрон — главный элемент, благодаря которому функционирует СВЧ печь. Благодаря взаимодействию катода и анода внутри этого устройства создается электромагнитное поле, которое и посылает волны внутрь микроволновки. Его неисправности тут же отражаются на работе всего устройства. Но не стоит сразу выкидывать микроволновую печь — во-первых, можно заменить лишь магнетрон , а во-вторых, его можно элементарно отремонтировать, если найти, какие неисправности его постигли.

Магнетрон. Описание работы и проверка исправности

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ✅На что способна микроволновка. СВЧ излучение магнетрона

Микроволновые печи СВЧ-печи уже давно стали самым обыденным бытовым прибором, с помощью которого можно очень быстро разморозить продукты, разогреть уже приготовленную пищу или приготовить блюдо по оригинальному рецепту, и даже продезинфицировать кухонные моющие губки и тряпочки, не содержащие металла. Наличие удобного, интуитивно понятного интерфейса, а также многоуровневой защиты позволяют даже ребенку справиться с управлением такого сложного и высокотехнологичного устройства, как микроволновка. Некоторые блюда можно легко и быстро приготовить по встроенным программам. А возможные неисправности вполне можно устранить, сделав ремонт СВЧ-печи своими руками. Разогрев продуктов, помещенных в камеру микроволновки, происходит за счет воздействия на них мощного электромагнитного излучения дециметрового диапазона.

Магнетрон представляет собой электронную лампу, излучающую микроволны в магнитном поле.

Устройство магнетрона микроволновой печи

Магнетроны применяются для получения колебаний высокой частоты. Они незаменимы в электронике и радиотехнике; устанавливаются в радиолокационных стациях, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон. Эти полости представляют собой кольцевую систему объёмных резонаторов. В центре анодного блока высверлено широкое круглое отверстие, через которое подключается источник питания посредством специальных выводов к катоду подогреваемая нить накала , который проходит вдоль центральной оси анода.

Как работает магнетрон, как он выглядит, его предназначение

Главная деталь в любой СВЧ печи — это магнетрон. Магнетрон — это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение. СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

Устройство и принцип действия магнетрона

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Магнетрон устройство и принцип работы

Как работает магнетрон, как он выглядит, его предназначение

Магнетрон: принцип действия и устройство

III. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАГНЕТРОНА

Устройство магнетрона микроволновой печи

Принцип работы и схема включения магнетрона микроволновой печи

Please turn JavaScript on and reload the page.

Новости нашего магазина

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Устройство магнетрона

Магнетрон устройство и принцип работы

Микроволновка работает практически в каждой современной квартире. Этот удобный бытовой прибор умеет подогревать, размораживать, запекать.

Некоторые модели способны поджаривать на гриле и выполнять сложные программы для изготовления внутри готовых блюд. Принцип действия микроволновки не поменялся с момента ее изобретения. Но благодаря достижениям технического прогресса выросла безопасность оборудования, а электрическая схема способна осуществлять комплексное управление и точный контроль параметров работы. Физика процесса нагрева содержимого микроволновки достаточно проста.

СВЧ излучение воздействует на молекулы продуктов, и благодаря их взаимному трению выделяется тепло. Но это слишком простое объяснение. На самом деле, колебаниям подвергаются только молекулы воды. Но если поставить в микроволновку идеально чистый стакан с дистиллированной жидкостью, то ее температура при стандартном времени работы печи изменится достаточно мало. Так почему же нагреваются продукты? Это происходит благодаря трению молекул на границе сред, то есть, разных веществ.

А так как строение любого материала, будь то съедобный продукт или кусок дерева, велико и обязательно имеет в структуре воду, возникают разноамплитудные колебания.

В микроволновку нельзя класть металлы. При воздействии на них СВЧ излучения образуются поверхностные токи и происходят искровые, дуговые пробои на стенки внутреннего отделения печи. Однако технический прогресс нашел выход. Сегодня множество компаний, например, Daewoo, выпускают микроволновки, в которые можно ставить металлические предметы. Также во многих моделях разрешено использование замкнутых контуров, в частности, тарелок с тиснением фольгой по краю или декоративных блюд с металлическим бортом.

Устройство микроволновой печи только на первый взгляд кажется сложным. Владельца этого прибора вводит в заблуждение количество кнопочек, индикаторов, средств программирования. На самом деле, любая печь, с механическим управлением, сенсорной панелью, пультом, гибридным электронным контролем, состоит из одинаковых функциональных блоков:. Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки. Главная электросхема микроволновки, с которой имеет дело пользователь — это блок управления.

В нем при помощи кнопок, механических переключателей, регуляторов задаются граничные параметры. То есть рабочая мощность или режим, время исполнения программы и так далее. Схема управления может быть как угодно сложной. Самый простой вариант представляет собой круговые регуляторы , один из которых — реле таймера. С их помощью устанавливается мощность режима и время работы.

Еще один знакомый пользователям вариант — гибридный, с кнопками. По сути, его функционал ненамного шире механической регулировки. Сенсорная панель , в большинстве случаев, ничем по принципу действия не отличается от кнопок.

Она просто более надежна и не требует обслуживания. Продвинутые схемы электронного управления включают программирование, то есть переключение по заданному алгоритму мощности излучения и времени ее выдачи.

Микроволновка состоит из группы узлов, которые очень опасны для человека. Главный из них — повышающий трансформатор.

Когда схема управления дает команду на включение режима, он выдает до 4 КВ напряжения. При этом рабочий ток может достигать 10А и выше. Такие параметры работы электросети представляют огромную опасность для человека. Магнетрон — это сердце микроволновки. По сути, это обычная вакуумная лампа , похожая на те, которые использовались в кинескопах старых телевизоров.

Только магнетрон генерирует интенсивную электромагнитную волну высокой частоты, образуемой при прохождении электронов через магнитное поле. Блок генерации излучения состоит не из одного СВЧ источника. Для, так сказать, подачи волн в рабочую зону печи устанавливаются волноводы. Именно они находятся за слюдяной пластиной, которую каждый видел на боковой стенке микроволновки, когда ставил в нее тарелку с завтраком.

Роль контрольных датчиков вполне понятна. Они следят, чтобы ни один из ключевых элементов электронной и аппаратной части не вышел в критический режим работы. Датчики гарантируют безаварийное функционирование прибора и предотвращают опасные сбои. Но у микроволновки есть системы защиты, разработанные для человека. Ниже будут подробно описаны их функции. Итак, система управления инициализирует пуск магнетрона.

Она же задает параметры работы, отсчитывает временные интервалы, меняет мощность и так далее. Есть и обратная связь между системами безопасности и управления.

По сигналам первых может быть полностью остановлена работа печи, изменен режим, выдано служебное сообщение или звуковые оповещения.

Сначала стоит остановиться на работе блока генерации СВЧ. Строение магнетрона представляет собой излучающий элемент и обмотку, генерирующую магнитное поле. Эта лампа, грубо говоря, постоянно изнашивается. Все сталкивались с ситуацией, когда с ходом эксплуатации микроволновка разогревает все слабее и слабее. Это нормальное явление, каждая модель рано или поздно требует замены магнетрона. В печах разных производителей или уровня сложности может использоваться отличные друг от друга схемы распределения СВЧ волн.

В стандартном варианте решения, который применяет компания LG и множество других производителей, от магнетрона в область продуктов идет только один волновод. Он закрыт слюдяной пластиной, чтобы предотвратить попадание мусора и пара. В некоторых микроволновках компании Samsung используется другой принцип: устанавливается основной волновод и несколько щелевых антенн. Это позволяет равномерно распределять поток энергии, формировать так называемое 3D излучение.

Кроме этого, печь, варьируя мощность магнетрона, добивается плавного нагрева продуктов по всему объему. Но самое главное в генерации волн СВЧ — их параметры. Частота излучения магнетрона в микроволновке составляет 2. Происходит нагрев продукта. Тепло от поверхностных слоев постепенно распространяется по всему объему продукта. Есть некоторые решения, позволяющие ускорить разогрев пищи в рабочей области печи. Это так называемые диссекторы. По внешнему виду такой конструкционный элемент похож на вентилятор на потолке камеры микроволновки.

Однако он делает другую работу, а именно рассеивает СВЧ волны. Другие функциональные элементы печи имеют вполне понятное назначение. Например, микроволновка с грилем действует на пищу не только СВЧ, но и инфракрасным излучением. Она позволяет добиться на продуктах красивой запеченной корочки.

Отдельные модели печей могут оснащаться дополнительными вентиляторами для отвода тепла. Также стоит подробно осветить функционирование систем безопасности. Они делятся на две значимые группы. С системами защиты от электротока сталкивался каждый, кто хоть раз разбирал корпус своей микроволновки.

В ключевых точках монтажа размещены микровыключатели. Сняв крышку, печку уже нельзя включить. Этого просто не позволит система защиты. Но более интересна схема нейтрализации СВЧ волн.

Стоит понимать, что излучение даже теоретически не может быть локализовано внутри камеры печи. Волны отражаются, в том числе от продуктов. Поэтому на передней дверке устанавливается стекло с нанесенной на него тонкой металлической решеткой. Это антенный модуль. Он подключен к разряднику, который отдает накопленную энергию бросками в основные электросети прибора. На основании изложенного выше нетрудно понять, как микроволновая печь устроена, просто рассматривая ее снаружи, заглядывая в камеру и в тыл.

Но если захочется что-то починить, полезно в общих чертах понимать, как узлы взаимодействуют между собой. В этом поможет принципиальная схема микроволновой печи. Ее строение только на первый взгляд кажется сложным. Однако любая схема состоит из базовых блоков. В качестве примера стоит посмотреть на устройство модели с механическим аналоговым управлением.

Из схемы ясно видно, как преобразуется энергия и работают системы безопасности. Именно он гасит колебания, которые формирует разрядник энергии в дверке, защита человека от высокочастотного излучения.

Затем идет система основной безопасности. Это блок контактов в дверке, один отслеживает прилегание к корпусу, второй положение защелки, третий позицию ручки. При незамкнутом состоянии любого из них печь не будет работать.

Как работает магнетрон, как он выглядит, его предназначение

Микроволновую печь в наше время можно встретить практически на каждой кухне. Однако не многие знают, как она работает, и что такое магнетрон. Чтобы понять, что представляют собой микроволны и как они образуются, необходимо разобраться с устройством этого прибора. Как выглядит магнетрон. Магнетроном называют электронное устройство большой мощности, которое с помощью изменения потока электронов генерирует высокочастотные микроволны.

Магнетрон — это генераторный электровакуумный СВЧ прибор, в котором формирование электронного потока и его взаимодействие с.

Магнетрон: принцип действия и устройство

Миллионы людей во всем мире ежедневно разогревают пищу в микроволновых печах, но при этом не задумываясь о том, как работает СВЧ-печь, а ведь это на самом деле интересно. Кстати, первые микроволновые печи, вопреки расхожему мнению появились не в Германии, а в Америке. В Советском союзе они также выпускались с середины х годов. Как видно на рисунке, микроволновка устроено достаточно просто — в каждой модели есть дверца с защелками, лампа освещения камеры, поддон и тренога на которой вращается тарелка, панель управления и вентиляционные отверстия. А внутри агрегата скрывается конденсатор, трансформатор, волновод и самый главный элемент микроволновой печи — магнетрон. Вот об этом загадочном устройстве в этой статье мы поговорим подробнее. Говоря простым языком, магнетрон — это мощная лампа, которая генерирует микроволны.

III. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАГНЕТРОНА

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны. Возможные конструктивные варианты магнетронов необходимо выбирать исходя из показателя максимальной передачи тепла от источника нагрева на ребра охлаждения. При этом необходимо сохранение конфигурации и параметров внешнего магнитопровода, обладающего минимальными потерями по магнитному полю, а так же минимальных потерь в АЗС. Важным функциональным узлом магнетрона, определяющим его массогабаритные характеристики, является магнитная система МС на постоянных магнитах. Методы математического моделирования магнитных систем позволяют получить большой объём достоверной информации о параметрах магнитных систем, существенно сокращают объём экспериментальных работ.

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Магнетроны называются электронные приборы, в которых образуются колебания сверхвысокой частоты при помощи модуляции потока электронов.

Устройство магнетрона микроволновой печи

Микроволновка работает практически в каждой современной квартире. Этот удобный бытовой прибор умеет подогревать, размораживать, запекать. Некоторые модели способны поджаривать на гриле и выполнять сложные программы для изготовления внутри готовых блюд. Принцип действия микроволновки не поменялся с момента ее изобретения. Но благодаря достижениям технического прогресса выросла безопасность оборудования, а электрическая схема способна осуществлять комплексное управление и точный контроль параметров работы.

Принцип работы и схема включения магнетрона микроволновой печи

Магнетроны называются электронные приборы, в которых образуются колебания сверхвысокой частоты при помощи Устройство и принцип работы.

Please turn JavaScript on and reload the page.

СВЧ печи или так называемые микроволновки стали устройствами, которые располагаются на кухне практически каждого человека. С их помощью можно легко подогреть уже приготовленную продукты, или же разморозить их. Некоторые умельцы научились готовить в СВЧ-печи огромное количество блюд или произвести дезинфекцию губки или тряпочки.

Новости нашего магазина

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 5. Как работает магнетрон и рождение панасунга

Магнетрон — специальный электронный прибор, в котором генерирование сверхвысокочастотных колебаний СВЧ-колебаний осуществляется модуляцией электронного потока по скорости. Магнетроны значительно расширили область применения нагрева токами высокой и сверхвысокой частоты.

Чтобы получить частные и высокие колебания, используют магнетроны. Электрические и магнитные поля действуют с высокой силой. В результате происходят колебания высокой частоты. Часто применяемой разновидностью устройства является многорезонаторная. В таком магнетроне на электроны действуют сразу три поля:. Впервые этот термин был использован в году американским ученым-физиком А.

ПРИНЦИП И РАБОТА МАГНЕТРОНА И ЛАМБЫ БЕДЯЩЕЙ ВОЛНЫ

30 июня • Общее • 32758 Просмотров • 6 комментариев о принципе и работе магнетронов и лампы бегущей волны вместе со встроенными объемными резонаторами и исключительно мощным магнитом. Существует три типа магнетронов:

Тип отрицательного сопротивления
Циклотрон частотный тип
Тип бегущей волны или резонатора

Магнетроны с отрицательным сопротивлением используют отрицательное сопротивление между двумя сегментами анода.

Циклотронная частота магнетронов зависит от синхронизма среди переменной составляющей электрического поля и периодических колебаний электронов в направлении, параллельном этому полю.

Магнетроны резонаторного типа зависят от поверхности раздела электронов с вращающимся электромагнитным полем с постоянной угловой скоростью.

КОНСТРУКЦИЯ

Магнетрон состоит из катода, который используется для высвобождения электронов и ряда анодных полостей, а постоянный магнит расположен на обратной стороне катода, а пространство между анодной полостью и катодом называется взаимодействующим пространством.

Электроны, испускаемые катодом, движутся по разным траекториям во взаимодействующем пространстве в зависимости от напряженности электрических и магнитных полей, приложенных к магнетрону.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В зависимости от относительной напряженности магнитного и электрического полей электроны, выпущенные из полости, движутся к аноду и перемещаются по взаимодействующему пространству.

Влияние только электрического поля
- В отсутствие магнитного поля (B=0) электроны движутся прямо от катода к аноду из-за радиальной силы электрического поля, действующей на него.
- Если напряженность магнитного поля увеличивается неопределенно (т. е. при умеренном значении B), оно будет прикладывать боковую силу, искривляющую траекторию электрона.
- Если сила электронов достаточно высока, чтобы предотвратить попадание электронов на анод, анодный ток становится равным нулю.
- Магнитное поле, необходимое для возврата электронов обратно к катоду, просто глядя на поверхность анода, называется критическим магнитным полем или магнитным полем отсечки (Bc)
- Если магнитное поле больше критического магнитного поля (B>Bc), электроны испытывают большую вращательную силу и могут вернуться обратно к катоду гораздо быстрее. Это приводит к нагреву катода.
Воздействие только магнитных полей
- Магнитное поле прикладывается перпендикулярно электрическому полю, поэтому оно называется аксиальным магнитным полем, поэтому магнетроны называются устройствами поперечного поля, поскольку радиальное электрическое поле и аксиальное магнитное поле перпендикулярны друг друга.
- Если напряженность магнитного поля больше, чем испускаемые электроны будут возвращаться обратно к катоду с высокой скоростью, что может разрушить катодную полость, этот эффект называется обратным нагревом катода.
Совместное действие электрического поля и магнитного поля
- Когда оба поля существуют, в этом случае электрон может иметь разный путь в зависимости от силы E и H.
- Если E>H , в этом случае электроны достигают анода, но траектория будет искривлена из-за малого магнитного поля.
- Если H>E, то в этом случае электроны возвращаются обратно к катоду.
МЕХАНИЗМ КОЛЕБАНИЙ В МАГНЕТРОНЕ ( ∏ режим колебаний)
- Понятно, что колебания способны запустить устройство из-за высокой добротности.
Q=fc/BW(Для генератора BW→0, следовательно, Q→∞)
Автоколебания могут поддерживаться, если разность фаз между анодной полостью равна N∏/4, а наилучший результат может быть получен при N= 4.
Следовательно, это называется колебанием режима «∏».
TWT (Лампа бегущей волны)
Лампа бегущей волны — это новый тип лампы, которая показала большие перспективы в качестве усилителя на плате, предложенная Пирсом и другими в 1946.
ЛБВ КАК УСИЛИТЕЛЬ
- Лампа бегущей волны представляет собой усилитель, использующий распределенное взаимодействие между электронным пучком и бегущей волной.
- В случае ЛБВ пространство взаимодействия расширяется на всю длину трубы, так что группирование происходит непрерывно.
- Основная структура ЛБВ состоит из катода для испускания электронов и входного волновода и выходного волновода, чтобы он давал входной сигнал и выводил РЧ-выход.
- Магнитное поле приложено так, чтобы сфокусировать электроны вдоль центра спиральной структуры.

СТРУКТУРА ЗАМЕДЛЕННЫХ ВОЛН
Как правило, фазовая скорость (Vp) входного сигнала (РЧ-сигнал, который является микроволновым сигналом) больше, чем скорость света ‘c’, поэтому для группирования необходимо возможно, оба должны двигаться в одном направлении с одинаковой скоростью. Таким образом, сигнал Rf проходит через замедляющую структуру, так что осевая составляющая фазовой скорости почти равна Ve.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ЛБВ представляет собой устройство с линейным лучом, в основном используемое в микроволновом усилителе, в котором группирование происходит непрерывно, а для расширения взаимодействия мы вводим замедляющую волновую структуру электронного луча, так что с той же скоростью в том же направлении.
Электроны, которые движутся против отрицательного полупериода радиочастотного сигнала, будут группироваться вместе и переносить энергию в радиочастоту, и процесс группировки продолжается, и мы получаем усиленный выходной сигнал через выходной волновод, который показан ниже 9-2)=41,46 дб
В) Различие между ЛБВ и клистроном?
Ответ)
ЛБВ КЛИСТРОН
В случае ЛБВ поле распространяется вместе с электронным пучком. Поле неподвижно, движется только электронный луч.
Взаимодействие электронного пучка и ВЧ поля непрерывное по всей длине. В этом случае взаимодействие происходит только в промежутках нескольких резонаторов.
Входная волна в ЛБВ представляет собой распространяющуюся волну Входная волна представляет собой нераспространяющуюся волну
ЛБВ представляет собой нерезонансную микроволновую схему. Клистрон — это резонирующая микроволновая схема.
В) Объясните процесс группирования?
Ответ: Группировка — это процесс, при котором электроны берут энергию из полости в разное время и доставляются в полость в одно и то же время, как показано на рис.
В: Сравнение рефлекторного клистрона и магнетрона?
Клистроны представляют собой линейные трубки, в которых магнитное поле применяется для фокусировки электрона, а электрическое поле применяется для дрейфа электрона. Но в случае магнетрона и электрическое, и магнитное поля перпендикулярны друг другу, поэтому он называется устройство с перекрестным полем.
В клистроне группировка происходит только внутри полости, которая имеет очень маленькую ширину, следовательно, генерирует низкую мощность и низкий КПД. Но в магнетроне пространство взаимодействия или пространство группировки расширено, поэтому эффективность может быть увеличена.
Магнетрон
в основном используется в качестве генератора в радиолокационной связи для телеметрии, а также в ракетах.
В: Почему магнетрон называют устройством с перекрестным полем?
Ответ: В случае магнетрона и электрическое поле, и магнитное поле перпендикулярны друг другу, поэтому устройство называется устройством с перекрестным полем
В: Каковы применения ЛБВ?
Ans:Applications are-
Повторитель-усилитель в широкополосной линии связи.
Выход спутникового ретранслятора средней и высокой мощности.
Работа в качестве CW (непрерывная волна) Система радарного и радара
Syllabus-
1. Syllabus для электроники и коммуникации
IES SYLLABUS-
1. IES SYLLABUS FOR FOR FORMABUS FOR FORMABUS и TELECOMM4
1. IES SYLLABU 2. Программа IES для общих способностей
Об авторе: Мамата Кумари Шарма
« Образец бумаги эквалайзера для Assam JAT »
Полость магнетрона работает | Втягивание и выталкивание частоты в магнетроне
Полость магнетрона Работа, которая будет называться магнетроном, представляет собой диод, обычно цилиндрической конструкции. В нем используется радиальное электрическое поле, аксиальное магнитное поле и анодная структура с постоянными полостями. Как показано на рис. 11-10, цилиндрический катод окружен анодом с полостями, поэтому будет существовать радиальное постоянное электрическое поле. Магнитное поле из-за магнита, подобного изображенному на рис. 11-11, является аксиальным, т. е. имеет магнитные силовые линии, проходящие через катод и окружающее пространство взаимодействия. Таким образом, линии проходят под прямым углом к поперечному сечению конструкции на рис. 11-10. Магнитное поле также постоянное, и, поскольку оно перпендикулярно плоскости радиального электрического поля, магнетрон называется устройство с перекрестным полем .
Выходной сигнал берется из одного из резонаторов посредством коаксиальной линии, как показано на рисунках 11-10 и 11-11, или через волновод, в зависимости от мощности и частоты. Что касается рисунка 11-11, обратите внимание, что рамка вокруг анода была удалена, чтобы сделать внутреннюю часть видимой. Обратите также внимание на то, что рабочая полость магнетрона имеет несколько иной тип и идентична резонатору. Выходной контур связи ведет к объемному резонатору, к которому подключен волновод, а общий выход этого магнетрона осуществляется через волновод. Кольца, соединяющие между собой анодные полюса, используются для обвязки, и причина их наличия будет объяснена. Наконец, анод обычно изготавливается из меди, независимо от его фактической формы.
Магнетрон имеет ряд резонансных полостей и, следовательно, должен иметь ряд резонансных частот и/или режимов колебаний. Какой бы режим ни использовался, он должен быть самосогласованным. Например, для восьмирезонаторного магнетрона (часто применяемого на практике) невозможно использовать режим, при котором разность фаз между соседними частями анода составляет 30°. Если бы это было сделано, то полный фазовый сдвиг вокруг анода составил бы 8 x 30 ^° = 240°, а это означает, что первый полюсный наконечник был бы не в фазе с самим собой на 120°! Простое исследование показывает, что наименьшая практическая разность фаз, которая может существовать здесь между соседними полюсами анода, составляет 45 ^° , или π / 4 рад, что дает самосогласованный общий фазовый сдвиг 360 ^° или 2π рад. Этот режим π/4 редко используется на практике, поскольку он не дает подходящих характеристик, а режим π предпочтительнее по довольно сложным причинам. В этом режиме работы разность фаз между соседними полюсами анода составляет π рад или 180°.
Эффекты магнитного поля:
Поскольку любые электроны, испускаемые катодом магнетрона, будут находиться под влиянием размагничивающего поля, а также электрического поля, необходимо сначала исследовать поведение электронов в магнитном поле. Там электроны находились в кристаллической структуре магнитного материала, а здесь они движутся в вакууме пространства анодного взаимодействия.
Движущийся электрон представляет собой ток, поэтому магнитное поле воздействует на него так же, как оно воздействует на провод, по которому течет ток. Действующая таким образом сила имеет величину, пропорциональную произведению Bev, где e и v — заряд и скорость электрона соответственно, а B — составляющая магнитного поля в плоскости, перпендикулярной направлению движения электрона. Эта сила, действующая на электрон, перпендикулярна двум другим направлениям. Если электрон движется вперед горизонтально, а магнитное поле действует вертикально вниз, траектория электрона будет искривлена влево. Поскольку магнитное поле в магнетроне постоянно, сила магнитного поля, действующая на электрон (и, следовательно, радиус кривизны) будет зависеть исключительно от поступательной (радиальной) скорости электрона.
Влияние магнитного и электрического полей:
Когда на электрон действуют одновременно магнитное и электрическое поля, его траектория может иметь любую из нескольких форм, определяемых относительными напряженностями взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей. Некоторые из таких траекторий электронов показаны на рис. 11-12 при отсутствии колебаний в магнетроне, в котором электрическое поле постоянно и радиально, а аксиальное магнитное поле может иметь любое количество значений.
Когда магнитное поле равно нулю, электрон идет прямо от катода к аноду, все время ускоряясь под действием силы радиального электрического поля. Это обозначено путем x на рисунке 11-12. Когда магнитное поле имеет небольшую, но определенную напряженность, оно будет оказывать боковую силу на электрон, изгибая его траекторию влево (здесь). Обратите внимание, как показано путем y на рис. 11.12, что движение электрона больше не является прямолинейным. Когда электрон приближается к аноду, его скорость продолжает увеличиваться в радиальном направлении по мере его ускорения. Воздействие на него магнитного поля также возрастает, так что кривизна пути становится более резкой по мере приближения электрона к аноду.
Можно сделать магнитное поле настолько сильным, что электроны вообще не будут достигать анода. Магнитное поле, необходимое для возврата электронов к катоду после того, как они только что коснулись анода, называется полем отсечки. Результирующий путь обозначен буквой z на рис. 11-12. Знание значения необходимой напряженности магнитного поля важно, потому что это поле отсечки как раз уменьшает анодный ток до нуля при отсутствии колебаний. Если магнитное поле еще сильнее, траектории электронов, как показано, будут еще более искривленными, и электроны вернутся к катоду еще раньше (только для повторного излучения). Все эти пути естественным образом изменяются при наличии любого РЧ-поля из-за колебаний, но положение дел без РЧ-поля все же следует принимать во внимание по двум причинам. Во-первых, это приводит к пониманию колеблющегося магнетрона. Во-вторых, это привлекает внимание к тому факту, что если магнетрон не будет колебаться, все электроны вернутся к катоду, что приведет к перегреву и разрушению трубки. Это происходит потому, что на практике приложенное магнитное поле значительно превышает поле отсечки.
Эксплуатация:
Вновь предполагается, что в устройстве с высокодобротными объемными резонаторами могут возникать колебания, и поясняется механизм, посредством которого эти колебания поддерживаются.
колебания π-моды:
Как объяснялось в предыдущем разделе, самосогласованные колебания могут существовать, только если разность фаз между соседними полюсами анода составляет nπ/4, где n — целое число. Для достижения наилучших результатов на практике используется n = 4. Результирующие ошибочные колебания показаны на рис. 11-13 в момент времени, когда ВЧ-напряжение на верхнем левом полюсе анода максимально положительное. Следует понимать, что это колебания. Таким образом, позже в цикле наступит время, когда этот полюс мгновенно станет максимально отрицательным, а в другой момент ВЧ-напряжение между этим полюсом и следующим будет равно нулю.
В отсутствие радиочастотного электрического поля электроны a и b следовали бы по путям, показанным пунктирными линиями a и b соответственно, но радиочастотное поле естественным образом модифицирует эти траектории. Между прочим, это РЧ-поле существует и внутри отдельных резонаторов, но здесь для простоты оно опущено. Важным фактом является то, что каждая рабочая полость магнетрона действует так же, как короткозамкнутая четвертьволновая линия передачи. Каждый зазор соответствует точке максимального напряжения в результирующей схеме стоячей волны, при этом электрическое поле распространяется в пространство взаимодействия анода, как показано на рис. 11-13.
Влияние комбинированных полей на электроны:
Наличие колебаний в магнетроне вносит тангенциальную (ВЧ) составляющую электрического поля. Когда электрон а находится (в этот момент времени) в точке 1, тангенциальная составляющая ВЧ электрического поля противодействует тангенциальной скорости электрона. Электрон тормозится полем и отдает ему энергию (как это произошло в рефлекторном клистроне). Электрон b расположен таким образом, чтобы извлекать равное количество энергии из радиочастотного поля в силу того, что он ускоряется им. Для поддержания колебаний электрическому полю необходимо отдавать больше энергии, чем брать от него. Однако, на первый взгляд, здесь это вряд ли так, потому что электронов типа а столько же, сколько электронов типа b. Обратите внимание, что электрон а проводит в радиочастотном поле гораздо больше времени, чем электрон b. Первый тормозится, и поэтому сила постоянного магнитного поля на нем уменьшается; в результате теперь он может приблизиться к аноду. Если условия устроены так, что к моменту прихода электрона а в точку 2 поле имеет обратную полярность, то этот электрон снова будет в состоянии отдавать энергию радиочастотному полю (хотя и тормозится им). Магнитная сила, действующая на электрон а, снова уменьшается, и происходит еще одно взаимодействие такого типа (на этот раз в точке 3). Это предполагает, что электрическое поле всегда меняет полярность каждый раз, когда этот электрон достигает подходящей позиции взаимодействия. Таким образом, «благоприятные» электроны проводят значительное время в пространстве взаимодействия и способны несколько раз облететь катод, прежде чем в конце концов достигнут анода.
Однако электрон типа b подвергается совершенно другому опыту. Он немедленно ускоряется радиочастотным полем, и поэтому сила, действующая на него со стороны постоянного магнитного поля, увеличивается. Таким образом, этот электрон возвращается к катоду даже раньше, чем в отсутствие радиочастотного поля. Следовательно, он проводит в пространстве взаимодействия гораздо меньше времени, чем другой электрон. Следовательно, хотя его взаимодействие с радиочастотным полем забирает у него столько же энергии, сколько было передано электроном а, взаимодействий типа b гораздо меньше, потому что такие электроны всегда возвращаются к катоду после одного или, возможно, двух взаимодействий. С другой стороны, электроны типа а многократно отдают энергию. Таким образом оказывается, что радиочастотным колебаниям передается больше энергии, чем отбирается от них, так что колебания в магнетроне поддерживаются. Единственное реальное действие «неблагоприятных» электронов заключается в том, что они возвращаются к катоду и стремятся его нагреть, вызывая таким образом рассеяние на нем порядка 5 % от рассеяния анода. Это известно как обратный нагрев и на самом деле не является полной потерей, потому что в магнетроне часто можно отключить подачу нити накала через несколько минут и просто полагаться на обратный нагрев для поддержания правильной температуры катода.
Группировка:
Можно показать, что магнетрон с резонаторами, как и клистроны, заставляет электроны группироваться, но здесь это известно как эффект фазовой фокусировки. Этот эффект весьма важен. Без него благоприятные электроны отставали бы от изменения фазы электрического поля на промежутках, так как такие электроны запаздывают при каждом взаимодействии с ВЧ полем. Чтобы увидеть, как действует этот эффект, удобнее всего рассмотреть другой электрон, такой как с на рис. 11.13.0004
Электрон c вносит некоторую энергию в радиочастотное поле. Однако он отдает не так сильно, как электрон а, поскольку тангенциальная составляющая поля в этой точке не так сильна. В результате этот электрон оказывается несколько менее полезным, чем электрон а, но это только на первый взгляд. Как показано, электрон с сталкивается не только с уменьшенным тангенциальным радиочастотным полем, но и с компонентом радиального радиочастотного поля. Это приводит к ускорению электрона радиально наружу. Как только это происходит, постоянное магнитное поле оказывает более сильное воздействие на электрон с, стремясь отогнуть его обратно к катоду, но также несколько ускоряя его в направлении против часовой стрелки. Это, в свою очередь, дает этому электрону очень хорошие шансы догнать электрон а. Аналогичным образом электрон d (показан на рис. 11.13) будет тангенциально тормозиться постоянным магнитным полем. Следовательно, он будет подхвачен предпочтительным электроном; таким образом, формируется пучок. На самом деле видно, что нахождение в благоприятном положении означает (для электрона) нахождение в положении равновесия. Если электрон соскальзывает назад или вперед, он быстро возвращается в правильное положение по отношению к радиочастотному полю за счет только что описанного эффекта фазовой фокусировки.
На рис. 11-14 показаны связки «колесо-спицы» в рабочей полости магнетрона. Эти сгустки вращаются против часовой стрелки с правильной скоростью, чтобы не отставать от фазовых изменений РЧ между соседними полюсами анода. Таким образом, происходит непрерывный обмен энергией, при этом радиочастотное поле получает гораздо больше, чем отдает. Радиочастотное поле меняет полярность. Каждый привилегированный электрон, к тому времени, когда он прибывает напротив следующего промежутка, сталкивается с той же ситуацией, когда над ним и слева находится положительный полюс анода, а над ним и справа отрицательный полюс анода. Нетрудно представить, что само электрическое поле вращается против часовой стрелки с той же скоростью, что и сгустки электронов. Именно из-за этих вращающихся полей резонаторный магнетрон называют магнетроном бегущей волны.
Практические соображения:
Принципы работы устройства важны, но не дают полного представления об этом конкретном устройстве. Далее будет рассмотрен ряд других важных аспектов работы магнетрона.
Обвязка:
Поскольку магнетрон имеет восемь (или более) связанных резонаторов, возможны несколько различных режимов колебаний. Частоты колебаний, соответствующие разным модам, неодинаковы. Некоторые из них довольно близки друг к другу, так что из-за перескока мод 3-сантиметровые колебания π-моды, которые являются нормальными для конкретного магнетрона, могут ложно стать 3,05-сантиметровыми колебаниями 3/4 π-моды. Постоянные электрические и магнитные поля, отрегулированные так, чтобы они соответствовали моде IT, все же в определенной степени поддерживали бы паразитную моду, поскольку ее частота не так уж далеко. Результатом вполне могут быть колебания пониженной мощности на неправильной частоте.
Магнетроны, использующие одинаковые полости в анодном блоке, обычно используют обвязку для предотвращения скачков мод. Такая обвязка была показана на рис. 11-11 для системы с полостью лопасти, а теперь она видна на рис. 11-15а для рабочей компоновки резонаторного магнетрона с отверстием и щелью. Обвязка состоит из двух колец проволоки большого сечения, соединяющих чередующиеся полюса анода. Это полюса, которые должны быть в фазе друг с другом для π-моды. Причину эффективности связывания в предотвращении скачков мод можно упростить, указав, что, поскольку разность фаз между чередующимися полюсами анода в других модах отличается от 2π рад, эти моды совершенно очевидно будут предотвращены. Реальная ситуация несколько сложнее.
Обвязка может стать неудовлетворительной из-за потерь в перемычках в очень мощных магнетронах или из-за трудностей с обвязкой на очень высоких частотах. В последнем случае полости маленькие, и их, как правило, много (16 и 32 — обычные числа), чтобы обеспечить поддержание подходящего радиочастотного поля в пространстве взаимодействия. При этом возможно так много режимов, что даже обвязка не может предотвратить скачок режима. Очень хорошее лекарство состоит в том, чтобы иметь анодный блок с парой рабочих систем резонаторного магнетрона совершенно разной формы и резонансной частоты. Такая анодная структура восходящего солнца показана на рис. 11-15b и позволяет изолировать частоту 7π-моды от других. Следовательно, маловероятно, что магнетрон будет колебаться на какой-либо другой моде, потому что постоянные поля не будут их поддерживать. Обратите внимание, что для магнетрона восходящего солнца обвязка не требуется.
Частота вытягивания и выталкивания в магнетроне:
Следует признать, что резонансную частоту магнетронов можно несколько изменить, изменив анодное напряжение. Такое подталкивание частоты происходит из-за того, что изменение анодного напряжения приводит к изменению орбитальной скорости электронных облаков на рис. 11-14. Это, в свою очередь, изменяет скорость, с которой энергия передается анодным резонаторам, и, следовательно, изменяет частоту колебаний, если позволяет ширина полосы резонатора. Эффект всего этого заключается в том, что изменения мощности будут происходить в результате непреднамеренных изменений анодного напряжения, но настройка магнетронов по напряжению вполне осуществима.
Как и любой другой генератор, магнетрон чувствителен к колебаниям частоты из-за изменений импеданса нагрузки. Это произойдет независимо от того, являются ли такие изменения нагрузки чисто резистивными или связаны с изменениями реактивного сопротивления нагрузки, но, естественно, для последних это более серьезно. Колебания частоты, известные как затягивание частоты , вызваны изменениями импеданса нагрузки, отражающимися в объемных резонаторах. Их необходимо предотвращать, тем более что магнетрон — это мощный генератор. В отличие от большинства других осцилляторов, за ним не следует буфер.
Различные характеристики магнетрона, в том числе оптимальные комбинации анодного напряжения и магнитного потока, обычно наносятся на рабочие диаграммы и диаграммы Рике. Из них выбираются наилучшие условия эксплуатации.
электромагнетизм — принцип работы магнетрона
заданный вопрос 2 года, 10 месяцев назад
Изменено 1 год, 1 месяц назад
Просмотрено 723 раза
\$\начало группы\$
Я читал это простое описание принципа работы магнетрона.
Можете ли вы объяснить мне, почему, когда электроны приближаются к полостям, они начинают резонировать на микроволновой частоте? Я не вижу связи между этими двумя явлениями.
электромагнетизм
электромагнит
микроволновый
вакуумная лампа
магнетрон
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Можете ли вы объяснить мне, почему, когда электроны приближаются к полостям, они начинают резонировать на микроволновой частоте?
Резонирует не электрон. Или полость.
Это электрическое поле, создаваемое движущимся электроном, ограниченное геометрией полости.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Я только что прочитал статью в Википедии, так как тоже очень мало знаю о резонаторных магнетронах. Это намного лучше. То, что я прочитал на вики-странице, неверно/отсутствует в приведенном выше тексте:
Электроны движутся НЕ по кругу, а по спирали, в конце концов ударяясь об анод. (Да, @DKNguyen, ты прав)
Это вызывает локальный заряд, который необходимо выровнять, в результате чего в аноде начинает течь ток. (Местный заряд также заставляет следующие электроны приземлиться в другом месте)
Из-за полостей ток должен идти «вокруг» отверстий.
Вызывает микроволновую радиочастотную энергию.
Пожалуйста, не голосуйте за это. Я ничего не знаю о магнетронах, я только повторил данные вики.
\$\конечная группа\$
6
\$\начало группы\$
Из-за комбинации магнитного поля и потенциала катод-анод поток электронов, естественно, стремится вращаться вокруг катода. Магнетрон без резонирующих полостей будет по-прежнему генерировать энергию на микроволновых частотах (см. статью в Википедии или, возможно, выполните поиск по «Халл Магнетрон» или «Одноанодный магнетрон»).
Я думаю (но не совсем уверен), что полости лишь усиливают эффект взаимодействия электронов с магнитным полем.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Статическое магнитное поле заставляет электроны закручиваться по спирали вокруг катода, когда анодное напряжение притягивает их к аноду. В это легко поверить.
Электроны образуют облако, в котором электроны имеют многочисленные возможности случайного движения из-за сил отталкивания друг друга. Случайные движения означают случайные изменения скорости и плотности электронного облака, и то и другое означает случайное электромагнитное поле — шум. Резонаторы улавливают часть этого шума. Наверняка что-то в ней есть и в ширине резонатора, и по крайней мере некоторые направления полей совпадают с возможными модами колебаний резонаторов. Резонаторы начинают слабо колебаться.
Анодные секции соединены между собой соединительными кольцами, которые заставляют колебания резонаторов синхронизироваться друг с другом. Это значительно усиливает колебание, потому что поля колеблющихся резонаторов генерируют сгустки в электронном облаке, а поля сгруппированных электронов, минуя резонаторы, увеличивают амплитуду колебаний в резонаторах гораздо эффективнее, чем полностью случайный шум. Вскоре после подачи анодного напряжения все резонаторы колеблются синхронно, и амплитуда возрастает настолько, насколько позволяют возрастающие потери. В одном резонаторе есть дыра, через которую уходит энергия для полезных целей, таких как обогрев или работа радара.
Другой способ оправдать колебание магнетрона состоит в том, чтобы думать о линейном клистроне с усилительной лампой. Магнетрон становится правдоподобным (если вы знаете, как работает клистрон), когда вы представляете его как клистрон, изогнутый по окружности для создания обратной связи.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Дополнение к другим прекрасным пояснениям
Прорезь в круглой полости толкает и притягивает спиралевидные круглые облака заряда ускоренных электронов с расстоянием между ступицами, называемым интерактивной зоной. Слоты — это колпачки, а между ними — индуктивность. Это напротив провода, где магнитная сила радиальная, а ток осевой. Здесь магнитная сила постоянного тока является аксиальной, а отрицательное электрическое поле HV является радиальным. Они отбивают свободные электроны на одном из пиков между полостями, поскольку концентратор создает круговую электрическую волну движущихся зарядов с сохранением импульса e/m отношения заряда к массе, работая по этому принципу в балансе с энергией магнитного и электрического поля.
Когда два сильных биполярных магнита на обоих концах циркулирующего резонансного микроволнового резонатора с горячим центральным катодом -10 кВ и анодом 0 В, магнитная сила становится настолько большой, что спиральные колеблющиеся биполярные волновые токи перемещаются в противофазное положение, притягиваясь к конец + колпачка затем отталкивается концом — колпачка, так что электроны колеблются вокруг зазора ступицы, где электроны никогда не достигают анода.
Ученый по имени Халл обнаружил это более 80 лет назад, где это отношение магнитного поля к ортогональному заряду к отношению магнитного поля с резонансными полостями создает порог отсутствия тока, который они назвали порогом Халла. У него не было острой необходимости в этом, пока вооруженным силам США не понадобился радар с большими деньгами.
К сожалению, ребята из RADAR обычно получали случайный шум, поэтому, когда они подтвердили наличие самолетов возле Перл-Харбора, большие начальники это опровергли. Но есть большая разница между случайным шумом и приближающимися птичками, и у австралийцев это также подтвердил работающий радар, но им нужна была катастрофа, чтобы объединить страсть нации к войне. То же самое с девятью одиннадцатью и запланированным взрывом после известной атаки. Между тем, маленький еврейский физик доказал, что возможность взрыва массивной атомной энергии может быть использована для победы над врагом. История повторяется, когда да Винчи оплачивал свои счета за разработку оружия.
…
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Во-первых, когда конденсатор заряжается или разряжается, между пластинами возникает зарядный ток, который имеет свое магнитное поле, как проводник, даже если это вакуум. Анод магнетрона представляет собой медное кольцо либо с прорезями в виде замочной скважины, либо с лопастями внутри, окружающими катод. Эти лопасти и трубка между ними образуют кольцо из 1-витковых катушек с центральным ответвлением, при этом кончики лопастей или стороны прорезей замочной скважины действуют как пластины конденсатора, образуя кольцо настроенных цепей. Соединительные кольца соединяют каждый второй наконечник вместе, а общая индуктивность лопастей соединяет их, поэтому выход должен быть подключен только к одному. Сильное магнитное поле проходит вертикально через трубку, заставляя электроны двигаться по спирали к кончикам. Они формируются в облако спиц магнитными полями от тока заряда между наконечниками и действуют как высокоскоростной поворотный переключатель, попеременно управляя каждой стороной настроенных цепей с центральным отводом в отрицательном направлении. По мере того как кончики становятся более отрицательными, облако притягивается к другим, которые теперь более положительны, но магнитные поля тока заряда удерживают их там до тех пор, пока они не приближаются к отрицательному пику, когда ток заряда уменьшается. Затем наконечникам облаков разрешается переключаться на положительные наконечники и управлять ими отрицательно, пока ток заряда снова не уменьшится и не позволит им переключиться на следующие, которые теперь положительны. Провода к катоду намотаны на ферритовые пластины. В одном магнетроне Toshiba они оказались настроенными, так как некоторые витки были разнесены, что навело меня на мысль, что это может иметь и вторую цель — повысить эффективность за счет сглаживания катодного тока, предотвращения скачков тока при переключении облака с отрицательные советы к положительным. Катушки индуктивности будут поглощать изменение потенциала почти на 8 кВ, но на этой частоте все является конденсатором, включая катод, поэтому первоначально изменение потенциала будет вынуждено преодолевать сопротивление переключателя (которое представляет собой электронное облако), вызывая переключение. потери. При настройке катушек индуктивности катод будет резонировать во времени с переключением. Теперь я думаю об этом, это очень хорошее решение.