Схема магнетрона. Магнетрон в микроволновой печи: принцип работы, устройство и применение

С заменой справится любой, кто хоть раз держал в руках отвертку и умеет прозванивать диоды. Знания касаемо принципа работы, устройства и коэффициента полезного действия элемента не потребуются. Не всегда можно отыскать такой же магнетрон, что и был

Но подойдет аналогичная деталь. Мощность выбирается та же или выше, крепления и разъемы подключения должны совпадать.

Независимо от производителя, магнетроны имеют единое устройство, отличается только конструкция. Поэтому, заменяя деталь, нужно убедиться, что аналог плотно прилегает к волноводу.

Благодаря серийному изготовлению СВЧ блоков микроволновка становится простой, но полезной в условиях кухни техникой, которая в разы облегчает процедуру приготовления или разогрева пищи. Обслуживать ее легко, а конструкция не предполагает незаменимых деталей, что повышает надежность. Бытует мнение, что излучения от микроволн – вредны, но это не более чем миф.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Ремонт СВЧ микроволновки своими руками, схема, устройство

Микроволновая печь (СВЧ-печь) – это бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого размораживания, подогрева или приготовления водосодержащей пищи с помощью высокочастотного электромагнитного излучения частотой 2,45 ГГц.

В быту микроволновки начали применяться в 1962 году благодаря освоению серийного производства японской фирмой Sharp.

Отличительной особенностью работы СВЧ-печи является разогрев пищи по всему объему на глубину до 2,5 сантиметров со средней скоростью 0,5°C в секунду.

Электрическая схема, устройство и принцип работы
микроволновой печи

С розетки бытовой электропроводки питающее напряжение через вилку и шнур подается непосредственно на плату фильтра. Традиционного выключателя в СВЧ-печке нет.

Фильтр служит для подавления высокочастотных радиопомех, излучающих схемой печки, и на нем установлен в колодке трубчатый предохранитель F1 на ток от 8 до 12 А. Предохранитель перегорает, если в схеме произойдет короткое замыкание.

Далее питающее напряжение подается на два концевых выключателя SWA и SWB, блокирующих подачу напряжения на магнетрон и другие элементы схемы для исключения возможности включения печки при открытой дверце. Эта мера безопасности принята для исключения облучения человека СВЧ-волной.

Концевой выключатель SWC предназначен для соединения питающих проводов накоротко, в случае, если контакты выключателей SWA и SWB замкнутся при открытой дверце. При этом перегорит предохранитель F1, и схема печки будет обесточена. Считаю, что эта мера излишняя, так как такой случай на практике невероятен и только снижает надежность работы печки.

Термопредохранитель FU срабатывает при нагреве магнетрона до температуры выше допустимой, обычно 80°С. Температура срабатывания термопредохранителя всегда указывается на его корпусе. В нормальном состоянии сопротивление между его выводами должно быть равно нулю, а при срабатывании – бесконечности.

Если концевые выключатели замкнуты, то питающее напряжение подается на схему управления, которая при включении режима нагрева продуктов подает напряжение на вентилятор охлаждения магнетрона, двигатель вращения тарелки, лампу освещения камеры печки и силовой трансформатор питания магнетрона.

Трансформатор имеет две вторичные обмотки. Одна для разогрева нити накала магнетрона напряжением 3,15 В с током нагрузки до 10 А. Вторая обмотка высоковольтная, выдающая напряжение около 2000 В. С помощью высоковольтного конденсатора C и диода D происходит выпрямление и умножение напряжения до 4000 В, необходимое для работы магнетрона. Предохранитель F2 служит для защиты трансформатора при пробое диода, конденсатора или магнетрона.

В последнее время появились СВЧ-печи в которых вместо силового трансформатора, диода и конденсатора установлен электронный инвертор, позволяющий плавно управлять мощностью магнетрона, что уменьшает вес печки, равномерность нагрева продуктов, но дороже.

Как видите, электрическая схема СВЧ-печи совсем не сложная и, представляя принцип ее работы можно самостоятельно найти и устранить неисправность в домашних условиях, имея под руками только мультиметр.

Если снять крышку СВЧ-печки, то откроется картина, показанная на фотографии. Все модели печек сконструированы одинаково, и блоки размещены на одинаковых местах корпуса. Старые модели печек отличаются только блоком управления. В современных микроволновках электромеханический таймер заменен микропроцессорным электронным блоком, а силовой трансформатор электронным (инвертором).

Поиск неисправности в СВЧ-печи

Если в СВЧ-печи имеется цифровой дисплей, на котором появился код ошибки в виде буквы Е с числом, то нужно в инструкции по эксплуатации печи найти, какую неисправность означает этот код. Возможно, выполнив указание инструкции, Вам не придется заниматься серьезным ремонтом.

Внимание! При ремонте СВЧ-печи, следует соблюдать осторожность. Прикосновение к оголенным участкам схемы подключенной к электрической сети может привести к поражению электрическим током. Не забывайте вынимать вилку из розетки и при проверке разряжать высоковольтный конденсатор!

Перед началом самостоятельного ремонта СВЧ-печи нужно вынуть вилку из розетки, вывернуть несколько саморезов, фиксирующих крышку и снять ее, сдвинув в сторону задней стенки печки.

Далее внимательно осматриваются все детали и узлы на наличие механических или тепловых повреждений в виде потемнений. Проверяется плотность посадки накидных клемм. Если визуальных дефектов не обнаружено, то по инструкции в таблице, производится поиск и устранение неисправности.

Магнетроны. Устройство и работа. Виды и применение. Как выбрать

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. Наиболее распространенная модификация магнетрона – это многорезонаторный.

Впервые магнетрон был создан в Америке в 1921 году. С течением времени эксперименты с ним продолжались. В результате появилось множество видов магнетронов, использующихся в радиоэлектронике. В 1960 году приборы стали использоваться в печах сверхвысокой частоты для домашнего применения. Менее распространены клистроны, платинотроны, которые основаны на этом же принципе действия.

Устройство и принцип работы

1 — Анод
2 — Катод
3 — Накал
4 — Резонансная полость
5 — Антенна

Магнетроны резонансного типа состоят из:

• Анодный блок. Представляет собой толстостенный металлический цилиндр с полостями в стенках. Эти полости являются объемными резонаторами, которые создают колебательную кольцевую систему.
• Катод. Он имеет цилиндрическую форму. Внутри него размещен подогреватель.
• Внешние электромагниты или постоянные магниты. Они создают магнитное поле, которое параллельно оси прибора.
• Проволочная петля. Она применяется для вывода сверхвысоких частот, и закреплена в резонаторе.

Резонаторы создают кольцевую систему колебаний. Возле них пучки электронов воздействуют на электромагнитные волны. Так как эта система выполнена замкнутой, то она способна возбудиться только на определенных частотах колебаний. При нахождении рядом с рабочей частотой других частот, случается перескакивание частоты и нарушается стабильность работы устройства.

Чтобы исключить такие отрицательные эффекты магнетроны с одинаковыми резонаторами оснащаются разными связками, либо используются магнетроны с отличающимися размерами резонаторов.

Магнетроны разделяют по виду резонаторов:

• Лопаточные.
• Щель-отверстие.
• Щелевые.

В магнетронах применяется движение электронов в перпендикулярных магнитных и электрических полях, созданных в зазоре кольца между анодом и катодом. Между ними подается напряжение (анодное), которое образует радиальное электрическое поле. Под воздействием этого поля электроны вырываются из нагретого катода и устремляются к аноду.

Анодный блок находится между полюсов магнита, образующего магнитное поле, которое направлено вдоль оси магнетрона. Магнитное поле действует на электрон и отклоняет его на спиральную траекторию. В промежутке между анодом и катодом создается вращательное облако, похожее на колесо со спицами. Электроны возбуждают в объемных резонаторах колебания высокой частоты.

Отдельно каждый резонатор является колебательной системой. Магнитное поле концентрируется внутри полости, а электрическое поле сосредоточено у щелей. Энергия выводится из магнетрона с помощью индуктивной петли. Она размещена в соседних резонаторах. Электроэнергия подключается к нагрузке коаксиальным кабелем.

Нагревание токами высокой частоты производится в волноводах различного сечения, либо в объемных резонаторах. Также нагревание может производиться электромагнитными волнами.

Приборы работают от выпрямленного тока по простой схеме выпрямления. Устройства небольшой мощности способны работать от переменного тока. Рабочая частота тока магнетронов может достигать 100 ГГц, мощностью до нескольких десятков киловатт в постоянном режиме, и до 5 мегаватт в режиме импульсов.

Устройство магнетрона довольно простое. Его стоимость невысока. Поэтому такие качества в сочетании с повышенной эффективностью нагревания и разнообразным использованием высокочастотных токов открывают большие возможности использования в разных сферах жизни.

Основные виды магнетронов

• Многорезонаторные устройства. Они содержат анодные блоки с несколькими резонаторами. Блоки состоят из различного вида резонаторов. В диапазоне 10 см длины волны магнетрон обладает КПД 30%. Выход излучения высокой частоты осуществляется сбоку в щель резонатора.
• Обращенные устройства. Они бывают двух исполнений: коаксиальные и обычные. Такие магнетроны способны выдать импульсы высокой частоты 700 наносекунд с энергией 250 джоулей. Коаксиальный вид магнетрона содержит стабилизирующий резонатор. В нем имеются отверстия во внешней стенке, а также ферритовые стержни с подмагничивающими катушками.

Сфера использования магнетронов

• В устройствах радаров антенна подключена к волноводу. Она, по сути, является щелевым волноводом, или рупорным коническим облучателем вместе с отражателем в виде параболы (тарелка). Управление магнетрона осуществляется с помощью коротких мощных импульсов напряжения. В итоге образуется короткий импульс энергии с малой длиной волны. Малая часть такой энергии поступает снова на антенну и волновод, и далее к чувствительному приемнику. Сигнал обрабатывается и поступает на электронно-лучевую трубку на экран радара.
• В бытовых микроволновых печах волновод имеет отверстие, которое не создает препятствие радиочастотным волнам в рабочей камере. Важным условием работы микроволновки является условие, чтобы при работе печи в камере находились какие-либо продукты. При этом микроволны поглощаются продуктами, и не возвращаются на волновод. Стоячие волны в микроволновой печи могут искрить. При долгом искрении магнетрон может выйти из строя. Если в микроволновке мало продуктов для приготовления, то лучше дополнительно поместить в камеру стакан с водой для лучшего поглощения волн.

1 — Магнетрон
2 — Высоковольтный конденсатор
3 — Высоковольтный диод
4 — Защита
5 — Высоковольтный трансформатор

• В радиолокационных станциях используются коаксиальные магнетроны с быстрым изменением частоты. Это позволяет расширить тактико-технические свойства локаторов.

Выбор и приобретение магнетрона

Чтобы самому приобрести магнетрон для домашней микроволновой печи, необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры.

Наиболее малую мощность имеет магнетрон 2М 213. Его мощность составляет 700 ватт при нагрузке и 600 ватт номинальная.

Приборы средней мощности в основном изготавливают на 1000 ватт. Марка такого магнетрона – 2М 214.

Наибольшая мощность магнетрона у модели 2М 246.

Показатель мощности у них равен 1150 ватт. Перед приобретением необходимо сопоставить цену магнетрона со стоимостью всей печи, и не забыть о стоимости работ по ремонту. Возможно, что не будет смысла в ремонте.

Можно ли магнетрон заменить самостоятельно

Для разных моделей микроволновок можно устанавливать магнетрон других фирм изготовления. Главное, чтобы он подходил по мощности, в настоящее время не проблема приобрести его в торговой сети. Исключение составляют модели, которые уже сняты с производства.

Однако, даже если вы разобрались в устройстве микроволновки, то не рекомендуется заниматься заменой деталей в домашних условиях, так как этим должны заниматься квалифицированные специалисты, способные обеспечить безопасную работу устройства. К тому же, сделать это самостоятельно будет довольно проблематично.

Работа микроволновки

Пища имеет в составе воду, которая состоит из заряженных частиц. Продукты в микроволновой печи разогреваются посредством воздействия на них волн высокой частоты. Молекулы воды выступают в качестве диполя, так как проводят волны электрического поля.

Похожие темы:

Конструкция магнетрона | yourmicrowell.ru

Давайте в этой статье поговорим о магнетроне. Как я писал раньше, он является сердцем микроволновой печи. Говоря коротко, магнетрон преобразует электроэнергию в микроволны. Большинство магнетронов выпускаемых современной промышленностью работают на частоте 2440 – 2460МГц.  Нить накала магнетрона рассчитана на 3,3В., а величина анодного напряжения составляет от 4,2Кв. до 4,5Кв. Мощность магнетрона может быть от 500Вт. до 1500Вт. Параметров магнетронов наиболее популярных производителей можно посмотреть «здесь». Не смотря на свою внешнюю простоту, магнетрон представляет собой весьма сложный прибор. Предлагаю рассмотреть магнетрон, что называется, с головы до пят.

    На первом рисунке: вид сбоку, а на втором: вид сверху и снизу. Таким образом, магнетрон состоит из следующих компонентов и выполняют они следующие функции.

1. Колпачок антенны. Закрывает антенну и является элементом конструкции излучателя.
2. Изолятор. Керамический изолятор, изолирует излучатель  магнетрона от корпуса.
3. Фланец крепления. Это то, с помощью чего магнетрон крепится внутри печи. По конструкции фланцы бывают разные, есть горизонтальные, есть вертикальные. Все зависит от конструкции конкретной печи и применяемого в ней магнетрона. Задача фланца – как можно плотнее прижать корпус магнетрона к корпусу печи в месте крепления.
4. Сетка фильтра. Играет двойную роль. Препятствует прохождению микроволнового излучения через корпус магнетрона и обеспечивает надежный контакт между корпусом печи и магнетроном. Сетка сплетена в несколько слоев из тонкой медной проволоки имеющей специальное покрытие.
5. Постоянный магнит. Магнитов два, верхний и нижний, представляют собой кольца расположенные на теле магнетрона по краям рабочей области. Магниты создают постоянное магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для его работы.
6. Ребра радиатора. При работе магнетрона выделяется много тепла. Радиатор отводит излишки тепловой энергии в окружающий воздух. Это необходимо, для продолжительной работы магнетрона. Выполнен радиатор как правило, из листовой дюрали, расположен поверх анода магнетрона.
7. Тело магнетрона. Металлический цилиндр, в который заключена вся конструкция электровакуумного прибора. Основу составляет медный анод с резонаторами.
8. Корпус. Корпус магнетрона обеспечивает жесткость конструкции, удерживая все составляющие детали на своих местах. Изготовлен корпус, из листовой стали довольно высокой прочности.
9. Выводы. Концы проводников обеспечивающие контакт между электродами магнетрона и фильтром паразитного излучения.
10. Катушки фильтра и проходные конденсаторы, которые находятся в изоляторе коробки фильтра вместе, образуют фильтр, который препятствует попаданию в цепи питания печи, паразитного излучения, возникающего в процессе работы магнетрона. Катушки бескаркасные, намотаны толстым медным проводом. Внутрь катушек вставлены ферритовые сердечники обеспечивающие нужные параметры индуктивности катушек.
11.  Контакты. Обеспечивают подводку питающих напряжений к электродам магнетрона. Имеют обозначение: “FA” и  “F”. Оба контакта соответствуют нити накала магнетрона, а контакт “F” внутри конструкции, соединяется с катодом магнетрона.
12. Коробка фильтра. Защищает детали фильтра от внешних воздействий, а так же выполняет роль экрана. Выполнена со съемной крышкой.

После того, как мы разобрались с конструкцией магнетрона, можно перейти к изучению принципа его работы.

Магнетрон

Статьи

Продолжим расказ о устройстве микроволновой печи

Магнетрон

Эта главная деталь микроволновой печи, генерирует СВЧ колебания мощностью 750… 1000 Вт. Этой мощности достаточно для нагревания пищи.

Внешний вид магнетрона Samsung ОМ75Р(31) и назначение его основных элементов показано на рис.5. По внешнему виду магнетроны разных производителей очень похожи между собой. Устройство магнетрона показано на рис.6. Он представляет собой электровакуумный диод, его основу составляет анодный медный блок, внутри которого находятся восемь объемных цилиндрических резонаторов (рис.6,а, б), представляющих собой колебательную систему магнетрона. От их размеров зависит генерируемая частота. Для бытовых печей она составляет 2450 МГц. В центре анодного блока находится катод, подогреваемый нитью накала, ток в которой составляет 8…10 А при напряжении 3,15 В. Между анодом и катодом прикладывается импульсное напряжение, которое в амплитуде достигает 5800 В, что соответствует Uд=4000 В, оно создает импульсное электрическое поле, направленное от анода до катода.

Снаружи анодного блока находятся кольцевые магниты, создающие однородное постоянное магнитное поле, силовые линии которых проходят вдоль катода (рис.6,а).

Во время работы магнетрон выделяет большое количество тепла. Чтобы его анод не перегревался, вокруг него установлен радиатор в виде пластин (рис.5,а). Пластины охлаждаются (обдувается) специальным вентилятором (рис.5 и рис.6).

В месте соединения магнетрона с источником питания находится металлическая коробочка (рис.5,а), выполняющая функцию экрана, внутри нее — заградительный СВЧ фильтр, не пропускающий частоту 2450 МГц в цепи питания (рис.5,6). Фильтр состоит из двух проходных высоковольтных конденсаторов емкостью около 370 пФ и двух дросселей с ферритами. Его схема показана на рис.7. Между штырями переходной колодки фильтра также существует емкость, порядка 250 пФ (на рис.7 показана пунктиром), но она существует только благодаря взаимно близкому расположению двух штырей и их проходных конденсаторов, т.е. отдельного (третьего) конденсатора там нет.

Блок питания магнетрона

Блок питания магнетрона, упрощенная схема которого показана на рис.8, предназначен для выработки необходимых питающих напряжений для магнетрона, а именно анодного напряжения +4000 В при токе 300 мА и напряжение накала ~3,15В при токе 10 А. Его основные высоковольтные элементы: трансформатор ТР1 мощностью 850… 1000 Вт, преобразующий ~220 В в

-2000 В и -3,15 В; конденсатор вольтодобавки С1(0,9… 1,1 мкФ) и диод VD1. Два последних элемента удваивают напряжение высоковольтного трансформатора с 2000 В до 4000 В. Такое высокое напряжение, 3800…4000 В, необходимо иметь на аноде магнетрона для его нормальной работы.

Сам процесс удвоения напряжения подробно показан на рис.8,а—д. На этих рисунках показаны амплитудные напряжения блока питания, которые больше действующего напряжения в 1,41 раза.

В первый полупериод высокое (иомпл=2800 В) напряжение с трансформатора (рис.8,а, 6) через открытый диод VD1 заряжает конденсатор С1 (рис.8,а, в). При этом напряжение на магнетроне равно нулю,(рис.8,г), так как открытый диод VD1 шунтирует его. Во втором полупериоде диод VD1 закрывается (рис,8,д) и к магнетрону сразу прикладывается напряжение конденсатора, а после добавляется напряжение отрицательного полупериода высоковольтной обмотки трансформатора ТР1 (рис.8,д, г). Эти два напряжения суммируются и создают на магнетроне высокое рабочее напряжение. Диаграмма их взаимодействия показана на рис.8,б-г.

При достижении на аноде магнетрона Uдейст=3800…4000 В (Uампл= 5350…5800 В) магнетрон входит в рабочий режим, т.е. генерирует частоту 2450 МГц. При уменьшении напряжения на магнетроне ниже порового значения, магнетрон прекращает генерацию, а в конце отрицательной полуволны (рис.8,г) оно снижается до нуля, из-за уменьшения амплитуды напряжения высоковольтной обмотки трансформатора и разряда конденсатора воль-тодобавки. Необходимо отметить, что сам магнетрон представляет собой диод, включенный с противоположной проводимостью по отношению к VD1 (его эквивалентная схема показана на (рис.8,д).

В процессе работы магнетрона конденсатор С1 разряжается на него. Таким образом, магнетрон работает (генерирует) в импульсном режиме (50 импульсов в секунду) и только в отрицательный полупериод высоковольтного напряжения трансформатора (рис.8,б-г, время t2, t3). В каждом импульсе он выдает пакет колебаний частотой 2450 МГц.

Регулирование мощности магнетрона

Магнетрон генерирует постоянную СВЧ мощность, а при приготовлении пищи ее надо изменять. Поэтому в микроволновой печи применен временной способ его

регулировки, путем изменения средней мощности за счет регулирования длительности включенного и выключенного состояния магнетрона за период в 21 с (рис.9). Например, если за 21 с работы СВЧ печи магнетрон работал 21с беспрерывно, то средняя мощность нагрева равна 100% (рис.9,а). Если за 21 с включения печи магнетрон работал 14 с, а 7 с был выключен, то средняя мощность равна 66% (рис.9,6), аналогично и для 33% (рис.9,в).

К началу статьи

Далее

Как работают магнетроны? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 октября 2019 г.

Хотите приготовить ужин за пять минут или сделать самолет безопаснее? летать в непогоду? Тогда тебе понадобятся микроволновки. Это невидимые, сверхэнергетические коротковолновые радиоволны, которые распространяются на скорости света, делая важные вещи в микроволновых печах и радарно-навигационное оборудование.Сделать микроволновую печь легко, если у вас есть оборудование — удобный гаджет, называемый магнетроном. Что это и как это работает? Возьмем пристальный взгляд!

Фото: Магнетрон с резонатором CV64, разработанный в Бирмингеме в 1942 году, был достаточно мал, чтобы поместиться внутри самолета. Подобные устройства позволили самолетам впервые использовать радиолокационную защиту. Выставка в Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия). Извините за немного плохое качество изображения: экспонат находится в стеклянной витрине и его сложно сфотографировать.

Как работает магнетрон?

Изображение: Справа: один из рисунков высокоэнергетического магнетрона, разработанного в 1940-х годах Перси Спенсером, который усовершенствовал микроволновую печь, работая в Raytheon. (Я раскрасил его так, чтобы он соответствовал моему рисунку ниже.) Вы можете увидеть увеличенную версию этого рисунка и прочитать полную техническую информацию через Google Patents. Изображение любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

Магнетроны ужасно сложны.Нет, правда — они ужасно сложно! Чтобы понять, как они работают, я считаю полезным сравнить их к двум другим вещам, которые работают аналогичным образом: телевизор старого образца набор и флейта.

Магнетрон имеет много общего с электронно-лучевым. (электронная) трубка, запаянная стеклянная колба, которая превращает изображение в телевизор старого образца. Трубка — это сердце телевизора: она делает изображение, которое вы можете увидеть, стреляя пучками электронов в экран, покрытый в химических веществах, называемых люминофорами, поэтому они светятся и выделяют точки света.Вы можете прочитать все об этом в нашей основной статье на телевидение, но вот (вкратце) то, что происходит. Внутри телевизора, есть отрицательно заряженный электрический терминал, называемый катодом который нагревается до высокой температуры, поэтому электроны «выкипают» из него. Они ускоряются вниз по стеклянной трубке, привлеченные положительно заряженный терминал или анод и достигают таких высоких скоростей, что они промчаться мимо и врезаться в люминофорный экран на конце трубки. Но Магнетрон не имеет той же цели в жизни, что и телевизор.Вместо того, чтобы делать изображение, он предназначен для генерации микроволн — и он делает это немного как флейта. Флейта — это открытая труба, наполненная воздухом. Дуть поперек верхушку правильным образом, и вы заставляете ее вибрировать в определенном музыкальный тон (называемый его резонансной частотой), генерирующий звук, который вы слышите, который прямо соответствует длине труба.

Задача магнетрона — генерировать довольно короткие радиоволны. Если бы вы могли их видеть, вы могли бы легко измерить их школьной линейкой.Обычно они не короче 1 мм (0,04 дюйма; самое короткое деление на метрической линейке) и не более 30 см (12 дюймов; длина типичной школьной линейки). Магнетрон делает свое дело резонирует как флейта, когда вы накачиваете в нее электрическую энергию. Но, в отличие от флейта, она производит электромагнитные волны вместо звуковых, поэтому вы не можете услышать резонансную энергию, которую он производит. (Вы также не можете увидеть эту энергию, потому что ваши глаза не чувствительны к коротковолновым, микроволновым радиация).

Краткая история магнетронов

• 1920-е годы: американский инженер Альберт В. Халл изобретает первый магнетрон, работая в General Electric.
• 1934: Артур Л. Сэмюэл из Bell Telephone Laboratories изобретает резонаторный магнетрон.
• 1939: два физика, Джон Рэндалл и Гарри Бут, работают в Университет Бирмингема, Англия, разработал гораздо более мощный магнетрон, который достаточно компактен, чтобы поместиться на кораблях, самолетах и подводные лодки.
• 1940-е: американский инженер Перси Спенсер случайно обнаруживает что микроволны, производимые магнетроном, обладают достаточной мощностью, чтобы нагреть и готовить еду.Он патентует микроволновую печь в 1950-х годах.
• 1976: исследователи Массачусетского технологического института Джордж Бекефи и Таддеус Орзеховски разрабатывают релятивистский магнетрон, который примерно в 10–100 раз больше. более мощный, чем резонаторный магнетрон. Они достигают мощности 900 МВт по сравнению с 10 МВт или около того, когда магнетроны резонатора были затем способен производить.
• 2009: исследователи из Мичиганского университета при финансовой поддержке ВВС США. объявляют о разработке более компактного магнетрона большей мощности, который может улучшить разрешающую способность радиолокационной навигации.

Фото: Внутри вашей микроволновой печи находится магнетрон, обычно сразу за панелью управления и приборной панелью справа. Если открыть дверцу, иногда можно увидеть магнетрон и его охлаждающие ребра через перфорированную металлическую решетку, отделяющую его от основной рабочей камеры.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Статьи

Легко читается

• Эван Акерман. Краткая история микроволновой печи.IEEE Spectrum, 30 сентября 2016 г. Как Перси Спенсер из Raytheon впервые применил новый способ приготовления пищи — с использованием волн.
• Андрей Хаф и удивительный микроволновый усилитель Джека Коупленда и Андре А. Хеффа. IEEE Spectrum, 25 августа 2015 г. Изучение работы забытого персонажа из истории микроволнового излучения.
• Микроволновые печи в образе астрономических объектов. Автор Александр Геллеманс. IEEE Spectrum, 5 мая 2015 г. Как магнетроны в микроволнах создают проблемы для астрономов.
• Изобретение резонаторного магнетрона и его внедрение в Канаде и США Полом А.Рыжая. Физика в Канаде, ноябрь / декабрь 2001 г. [в ​​формате PDF] Это превосходный краткий отчет о развитии магнетронов во время Второй мировой войны в США, Великобритании и Канаде. [Архивировано через The Wayback Machine.]

Дополнительная техническая информация

• Обзор релятивистского магнетрона Дмитрия Андреева, Артема Кускова и Эдла Шамилоглу. Материя и радиация в экстремальных условиях 4, 067201 (2019). Включает большой обзор общей истории магнетронов и множество полезных ссылок.
• Исторические заметки о резонаторном магнетроне Х.А.Х. Бут и Дж. Рэндалл. Труды Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, номер 7, июль 1976 г., стр.724. Как два британских пионера разработали первые военные магнетроны.

Патенты

Работа: Иллюстрации оригинального магнетрона Артура Самуэля из его Патент США №2063342: Устройство электронного разряда, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США. Как и на рисунках выше, анод окрашен в красный цвет, катод — в желтый, а катушка, окружающая стеклянную разрядную трубку, темно-серого цвета.

Если вы хотите прочитать подробные технические описания того, как устроены магнетроны и как они работают, патенты — отличное место для начала. Их не всегда так легко понять, но описания чрезвычайно подробны и, как правило, имеют очень четкие обозначенные диаграммы. Вот несколько, с которых можно начать: вы найдете гораздо больше, если выполните поиск в USPTO (или в Google Patents), используя ключевое слово «магнетрон»:

• Патент США № 2099533: Магнетрон Дитриха Принца, Telefunken Gesellschaft, 30 июля 1935 г.Ранний немецкий дизайн магнетрона.
• Патент США № 2063342: Устройство электронного разряда, автор Артур Л. Сэмюэль, Bell Telephone Laboratories, 8 декабря 1936 г. Первый магнетрон с резонатором.
• Патент США № 2408 235: Высокоэффективный магнетрон, автор Перси Л. Спенсер, Raytheon Manufacturing Company, 24 сентября 1946 г. Полный текст патента Перси Спенсера на магнетрон резонатора, проиллюстрированный выше.
• Патент США № 7906912: Магнетрон, автор Такеши Исии и др. Panasonic Corporation, 15 марта 2011 г.Очень подробное описание типа магнетрона, который вы найдете в современной микроволновой печи.

, Часть 1: Применение и принципы работы

Магнетрон с вакуумной трубкой почти устарел (за исключением того, что в бытовых микроволновых печах используются миллионы штук. микроволновые вакуумные ламповые приборы.

Электронные лампы такие «вчерашние», не так ли? Они были устаревшими и заменены твердотельными устройствами по многим причинам, за исключением некоторых узкоспециализированных приложений, таких как некоторые радиолокационные передатчики.Точно так же почтенная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая десятилетиями использовалась в домашних телевизорах, осциллографах, пользовательских консолях, мониторах и всевозможных дисплеях, была заменена устройствами с плоским экраном

Конечно, ЭЛТ больше нет, но есть еще одна электронная лампа, которая выживает при широком использовании в конкретном приложении, хотя во многих других она в значительной степени устарела. Как так? Если у вас есть микроволновая печь на кухне, у вас дома есть вакуумная трубка, называемая магнетроном. Тем не менее, по мнению многих экспертов и историков, это скромное, непритязательное действующее устройство также изменило ход Второй мировой войны.

Q: Что такое магнетрон?

A: Магнетрон — это специализированная электронная лампа, которая выполняет одно предназначение: это источник генератора мощности для частот от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц. В зависимости от размера и других факторов он может производить от десятков и сотен ватт до киловатт.

Q: Зачем вообще изучать это уникальное и несколько устаревшее устройство?

A: Есть как минимум три причины: он все еще широко используется, и каждый год производятся миллионы; большие используются для радиолокационных и радиовещательных операций; он научил ученых и инженеров электронным устройствам, в которых используются электромагнитные принципы и сочетаются электрические и магнитные радиочастотные поля и многое другое, что привело к появлению важных радиочастотных / микроволновых устройств, таких как лампа бегущей волны (ЛБВ).

Q: Каков физический принцип и основная конструкция магнетрона?

A: В отличие от генератора, построенного вокруг резонансного контура, состоящего из дискретных катушек индуктивности и конденсаторов, магнетрон использует уникальную физическую структуру в сочетании с комбинацией электрических полей, движения электронов и магнитных полей в ограниченной металлической полости. Хотя магнетрон представляет собой вакуумную трубку, он очень сильно отличается от обычной вакуумной трубки, в которой используются электроны, испускаемые нагретым катодом и движущиеся по прямой к положительно заряженному аноду, причем их путь движения модулируется электрическим полем промежуточная сетка.

У обычной вакуумной лампы нет магнитного аспекта. Напротив, магнетрон представляет собой устройство «скрещенного поля», которое использует электрическое поле в сочетании с магнитным полем, при этом силовые линии поля расположены под прямым углом друг к другу. (Название «магнетрон» представляет собой сочетание «магнитного» и «электронного»)

Q: Как работает магнетрон?

A: Анализ магнетрона может варьироваться от качественного объяснения до высокотехнологичного анализа с использованием передовой теории электромагнитного поля и математики.Мы будем использовать более качественный подход.

Q: Каково физическое устройство магнетрона?

Рис. 1. Магнетрон с вакуумной трубкой использует резонансные полости на аноде, в которые электроны, испускаемые нагретым катодом, направляются мощным статическим магнитным полем под прямым углом. (Изображение: Hyperphysics / Государственный университет Джорджии)

A: В базовом первом магнетроне — и, конечно же, существует множество вариаций — использовался сплошной медный блок (для рассеивания тепла), просверленный с отверстиями (называемыми полостями) (Рисунок 1) .Размер этих полостей имеет решающее значение для установления рабочей частоты магнетрона. Эта физическая конструкция и устройство радикально отличаются от вакуумной трубки со стеклянной оболочкой, которая использовалась в попытке эффективно генерировать короткие волны и высокие частоты, необходимые для ВЧ / СВЧ-схем (1 ГГц = 1000 МГц = 0,3 метра = 30 см). .

Q: Как это устройство работает при подаче напряжения?

A: Катод в центре (который нагревается нитью накала) испускает электроны так же, как катод стеклянной вакуумной трубки, но на этом их сходство заканчивается.Эти электроны обычно притягиваются и движутся в виде радиальных спиц к внешнему кольцу в качестве анода, который заряжен положительно (как пластина трубки). Однако имеется мощное статическое магнитное поле (синие линии), направленное вдоль оси сердечника магнетрона. Это поле заставляет электроны двигаться по круговой схеме потока к внешнему кольцу (красные линии). Магнитное поле изначально создавалось электромагнитами, но, поскольку годы спустя были разработаны более мощные постоянные магниты, они стали использоваться вместо них.

Q: Кажется, что все, что было сделано, — это сдвинуть статический электрический поток, а колебания отсутствуют — так как же магнетрон производит колебания?

A: Магнитное поле отклоняет электроны, и они «кружатся» по кругу. При этом они «качают» на собственной резонансной частоте резонаторов. Возникающий ток вокруг полостей заставляет их излучать электромагнитную энергию на резонансной частоте полостей.

В: Это все? Как можно использовать эту резонансную энергию?

A: С точки зрения физики, работа выполняется над электронами, и они поглощают энергию от приложенного к аноду источника питания.Электроны продолжают движение и достигают уровня энергии, на котором имеется избыточный отрицательный заряд, и этот заряд выталкивается обратно вокруг полости. Это, в свою очередь, передает энергию колебаниям на собственной частоте резонатора (накачка). Полость аналогична резонансному ЖК-резервуару: положительно заряженное поле расположено вдоль одного края открытой стороны полости, а отрицательно заряженное поле выровнено вдоль другого края, поэтому отделенная строка функционирует как конденсатор с вакуумом. зазор для интервала.

Q: Как энергия колебаний извлекается из полости магнетрона и используется в системе?

A: Коаксиальная муфта с датчиком точного размера вставлена ​​сбоку в одну полость для захвата энергии от блока, Рис. 2 ; он функционирует как приемная антенна для электромагнитной энергии.

Рис. 2. Зонд с согласованной частотой вставляется в отверстие в одной из полостей для перехвата и извлечения колеблющейся высокочастотной энергии в магнетроне.(Изображение: Руководство EU Radar)

Q: Что задает частоту колебаний магнетрона?

A: Размер и расположение полостей определяют частоту, поскольку они действуют как резонансные камеры. Магнетроны обычно имеют небольшой регулировочный винт для изменения размера полости, поэтому физические размеры можно регулировать для резонанса с точной желаемой частотой, несмотря на неизбежные производственные допуски. Обратите внимание, что магнетрон — это устройство с фиксированной частотой и его нельзя перестраивать, хотя есть несколько продвинутых и более сложных версий, которые имеют скромный диапазон настройки.

Часть 2 этого FAQ будет посвящена истории и роли магнетрона, а также его будущему и возможной кончине.

EE World Online Справочные материалы

Список литературы

• Википедия, «Полостной магнетрон» (есть ссылки на многие исторические источники)
• Объясните этот материал, «Как работают магнетроны»
• Государственный университет Джорджии, Гиперфизика, «Магнетрон»
• Государственный университет Джорджии, Гиперфизика, «Микроволновые печи»
• Микроволны101, «Магнетроны»
• Вики по истории инженерии и технологии, «Полостной магнетрон»
• Музей клапанов, «CV64»
• Лампы и трубки, «CV64 Ранний британский магнетрон с резонаторами S-диапазона»
• Radar Tutorial EU, «Magnetron»
• Амплеон Н.В., «РФ твердотельная кулинария»
• ARMMS RF and Microwave Society, «Краткое изложение разработки магнетронов»

Магнетроны — AEP

Technology

Принципы магнетронов

Магнетрон — это генератор, который преобразует импульсную мощность постоянного тока в микроволновую энергию с помощью структуры стоячей волны. Импульсный режим позволяет генерировать очень высокую пиковую мощность, требуемую направляющей ускорителя, при ограничении средней требуемой мощности.

Электроны от нагретого цилиндрического катода ускоряются в радиальном направлении за счет импульса высокого напряжения, приложенного между катодом и анодом.Магнитное поле, параллельное оси катода, заставляет электроны двигаться по кривой траектории. При правильном магнитном поле большая часть электронов возвращается на катод, где они выпускают вторичные электроны, которые повторяют процесс.

Структура анода

Резонаторы анода оканчиваются сегментами с прорезями или вершинами лопастей, которые образуют внутренний диаметр анода. Когда электроны движутся близко к аноду, они индуцируют электрические заряды на концах лопастей.Когда эти переходные заряды резонируют на собственной частоте анода, происходит накопление энергии, запасенной в аноде. Магнетрон предназначен для работы в «π-режиме», в котором разные наконечники несут переходные заряды одинаковой полярности.

Изменения температуры вызывают изменение размеров анодного резонатора, что изменяет частоту колебаний. Изменения частоты из-за колебаний выходной мощности сводятся к минимуму за счет контроля температуры охлаждающей воды. Тюнер частоты магнетрона позволяет корректировать тепловой дрейф с помощью схемы автоматической регулировки частоты (AFC).

Катод и нагреватель

Электроны, циркулирующие между катодом и анодом, наконец, падают обратно на катод с энергией, пропорциональной выходной мощности магнетрона.

Чтобы избежать перегрева катода, мощность нагревателя накала следует уменьшать на более высоких уровнях мощности. Колеблющийся ток нагревателя может вызвать нежелательную вибрацию катода или колебания частоты магнетрона. Поэтому рекомендуется использовать нагреватель постоянного тока, чтобы избежать этой проблемы.

Магнетрон | Hackaday

При создании нового проекта здравый смысл подсказывает избегать «изобретать велосипед» или делать что-то простое с нуля, которое уже легко доступно. Однако, если вы сможете построить, так сказать, высоковольтное колесо, будет интересно просто посмотреть, что произойдет. [Дэн] решил заново изобрести не колесо, а динамик, и вместо какой-либо традиционной конструкции он решил сделать конструкцию из частей от микроволновой печи и напряжения более 6000 вольт.

Созданная им схема работает по существу как катушка Тесла с модулированным звуковым сигналом на входе.В сборке также используется высоковольтный трансформатор от микроволновой печи, который изменяет входное напряжение 240 В примерно до 6 кВ. Чтобы модулировать такое напряжение, [Дэн] посылает звуковой сигнал через вакуумную лампу GU81M с поддержкой ряда высоковольтных конденсаторов. Антенна, подключенная к магнетрону, имеет тенденцию загораться где-то в середине каждой песни, поэтому это не самое безопасное устройство, даже если с высоким напряжением можно правильно обращаться, но оно работает лучше, чем ожидалось, в качестве динамика.

Если вам нужен высоковольтный динамик, который (вероятно) не сожжет ваш дом, возможно, лучше будет использовать обычную катушку Тесла. Но никаких обещаний, поскольку работа с высоким напряжением обычно не дает гарантий безопасности.

Читать далее «Поменяйте микроволновку на высоковольтную стереосистему» ​​→

Собирая детали для разового проекта, мы часто оказываемся с остатками на руках. Большую часть времени эти вещи лежат в ящике для мусора, но [Брэд] он же [AtomicZombie] работал над проектом, в котором требовалось собрать детали из нескольких микроволновых печей.Это оставило ему достаточно излишков компонентов, чтобы создать инструмент принуждения к социальному дистанцированию для современной эпохи; который будет шокировать любого, кто нарушит новое правило шести футов.

Остальные части, о которых идет речь, были построены вокруг высоковольтного конденсатора, который [Брэд] привязал к своей спине, чтобы удерживать всю электронику, необходимую для шестифутового электрифицированного обруча. Генератор использует выходное напряжение от двух магнетронов, но не запускается до тех пор, пока оператор не введет код на передней панели управления, который является единственным предохранительным устройством во всей этой хитрости.Для обеспечения питания магнетронов автомобильный аккумулятор на 12 В постоянного тока используется с инвертором для получения необходимого входного напряжения, и в конце видео, приведенного ниже, он демонстрирует его эффективность, поджигая с его помощью различные объекты.

Хотя этот затыкающий проект вряд ли получит какое-либо реальное применение, никому из нас здесь не нужен предлог для игры с высоким напряжением. [Брэду] это тоже вряд ли понадобится; он живет в уединенной усадьбе площадью 100 акров и был представлен здесь для некоторых проектов, которые он построил, чтобы немного облегчить его мирную жизнь, таких как роботизированная линия для стирки, мобильный курятник и трехколесный велосипед, построенный из старого грузовика и мотоцикл.

Читать далее «Принудительное социальное дистанцирование с помощью высокого напряжения» →

Микроволновые печи есть повсюду, и в основе их лежит магнетрон — устройство, создающее микроволны. [DiodeGoneWild] разорвал один на части, чтобы показать нам, что внутри и как это работает. Если вы решили сделать это самостоятельно, будьте осторожны. В магнетроне могут быть изоляторы из оксида бериллия, и вдыхание пыли из изолятора даже один раз может вызвать неизлечимое заболевание легких.

К счастью, при просмотре видео проблемы с легкими не появятся. Помимо того, что вы просто видите внутренности магнетрона, есть также объяснения того, как все работает, с некоторыми быстрыми эскизами, иллюстрирующими точки.

Читать далее «Снос магнетрона» →

«Никогда нельзя быть слишком богатым или слишком тонким», — гласит пословица, и когда дело доходит до покрытий, действительно, чем тоньше, тем лучше. Способ получения действительно тонких покрытий, которые иногда составляют всего несколько атомов, — это физическое осаждение из паровой фазы или PVD, метод, при котором вещество превращается в пар и конденсируется на подложке, иногда с использованием магнетрона для создания плазмы.

Звучит сложно, но с помощью нескольких разумных инструментов и здорового отношения к высоким напряжениям самодельный магнетрон для плазменного распыления может помочь вам начать работу. Честно говоря, [Джастин Аткин] работал над своей установкой в ​​течение многих лет, сначала ему мешало то, что ему приходилось довольствоваться найденными частями и общим ломом для своих сборок. Как и во многих других случаях, доступ к токарному станку и навыки его использования оказались полезными, что позволило ему изготавливать нестандартные детали, такие как переходник для вакуумной камеры, а также основание с жидкостным охлаждением, которое не позволяет нагреванию разрушать магниты, которые сконцентрировать плазму на целевом металле.Используя высоковольтный источник постоянного тока, сделанный из старых микроволновых деталей, [Джастин] смог напылить медные пленки на стеклянные предметные стекла, но с ограниченным успехом, используя другие металлы. Он также случайно создал пару дихроичных зеркал путем распыления оксидами меди, а не чистой медью. На видео ниже есть несколько красивых снимков призрачного зеленого и фиолетового свечения.

Подобная установка открывает множество возможностей, от оптики до самодельных полупроводников. Возможно, он не такой сложный, как некоторые установки PVD, которые мы видели, но мы все же очень впечатлены.

Читать далее «Вакуумное распыление самодельным магнетроном» →

В 1940 году Англия оказалась в опасном положении. Нацистская военная машина охватила Европу почти два года, захватывая страны полумесяцем от Норвегии до Франции и отрезая остров от континента. Битва за Британию бушевала в небе над Ла-Маншем и южным побережьем страны, в то время как Блиц опустошал Лондон ночным дождем из бомб и ужаса.Вся страна была мобилизована, подготовлена ​​к тому, что силы неизбежного вторжения Гитлера переправятся через Ла-Манш и потребуют еще одной жертвы.

Мы уже видели, что никакая идея, которая могла бы помочь переломить ситуацию, не считалась слишком рискованной или слишком дикой, чтобы рисковать. Действительно, многие идеи, рожденные плодородными и отчаявшимися умами британских изобретателей, впоследствии повлияли на ход войны так, как их нельзя было предсказать. Но было одно изобретение, которое не только повлияло на войну, но и твердо претендовало на то, чтобы быть ее ключевым изобретением, без которого исход войны почти наверняка был бы намного хуже, и одно изобретение стало критически важной технологией в послевоенный период. эпоха войны, которая непосредственно приведет к инновациям в области коммуникаций, материаловедения и не только.И риски, предпринятые для развития этой идеи, магнетрона резонатора и основанных на нем полевых систем, поражают своим масштабом и смелостью. Вот как магнетрон пошел на войну.

Читать далее «Взлом, когда это важно: магнетрон идет на войну» →

Почти год назад [Kreosan] опубликовал видео с подробным описанием ЭМ «оружия», построенного из трех магнетронов, некоторых батарей и электрошокера. Все это казалось слишком хорошим, чтобы быть правдой, поэтому [Аллен] решил попробовать воспроизвести результаты на себе.

[Kreosan] было впечатляющим, показывая все, от домашних стереосистем до скромного мопеда, взрывающегося в присутствии их мощного устройства. Однако многие из тех, кто смотрел видео, усомнились в кадрах. Большая часть критики была связана с характером источника питания для магнетрона, не дающего обычных 700-1000 Вт, которые можно увидеть в микроволновой печи.

[Аллен] начинает с экспериментов с одним магнетроном, успешно используя его для зажигания компактной люминесцентной лампы на расстоянии нескольких сантиметров.Увеличивая масштаб до полной тройной магнетронной установки с рупором из картона и фольги, [Аллен] в лучшем случае способен вывести калькулятор из строя на расстоянии нескольких футов.

Микроволны не вызывают взрывов, и, похоже, устройство не имеет дальности действия 50 футов, заявленной [Kreosan] для своего устройства. [Аллен] выдвигает теорию о том, что взрывы, наблюдаемые в оригинальной видеозаписи, гораздо более вероятны от небольших петард, а не от каких-либо электронных компонентов, умирающих от микроволн.

В целом это серьезная попытка воссоздать чью-то работу для проверки результатов, краеугольный камень науки. Тем не менее, нас несколько раздражало то, что доблестный 18650 описывается как «аккумулятор для электронных сигарет». Для большего удовольствия от микроволновки попробуйте эту попытку воссоздать сканеры тела TSA.

Честное предупреждение: видео [Джастина Аткина] о том, как создавать плазму, фузоры и магнетроны, довольно длинное. Но на него стоит посмотреть, потому что он закладывает основу для серии экспериментов с плазмой, которые, похоже, будут очень забавными.

После хорошего учебника по физике плазмы [Джастин] подробно рассказывает об основных инструментах торговли: высоком напряжении и высоком вакууме. Пара трансформаторов для микроволновых печей, мостовой выпрямитель и конденсатор обеспечивают необходимый выход постоянного тока в 2000 вольт. Это работоспособная схема, но мы будем обсуждать невероятно опасный автотрансформатор «скалярный», популяризированный [Королем случайности]. Кажется глупым рисковать мучительной смертью, смешивая воду и сетевой ток, когда вариак на 20 ампер можно купить за 100 долларов.

Конечно, понадобится и приличный вакуумный насос; возможно, деньги, которые вы можете сэкономить, построив собственный вакуумный насос Sprengel, можно будет потратить на расходы на электроэнергию. Вакуумные камеры тоже дешевы — банки Мейсона с отшлифованными краями и просверленными отверстиями для аксессуаров, таких как свечи зажигания. Магниты, установленные под одной камерой, образовывали элементарный магнетрон, к счастью, без резонирующих полостей, необходимых для создания микроволн. В другом эксперименте была предпринята попытка осаждения нитрида титана из паровой фазы.

Это все довольно круто, и мы с нетерпением ждем более подробной информации и результатов. Пока мы ждем, не стесняйтесь ознакомиться с массой представленных нами плазменных проектов, от крошечных плазменных колонок до гигантских плазменных трубок.

Читать далее «Используйте плазму для работы с этим базовым набором инструментов» →