Hvordan magnetronen fungerer og fungerer

Magnetron - en spesiell elektronisk enhet der genereringen av ultrahøyfrekvente oscillasjoner (mikrobølgeoscillasjoner) utføres ved å modulere elektronstrømmen når det gjelder hastighet. Magnetroner har kraftig utvidet bruksområdet for oppvarming med høy- og ultrahøyfrekvente strømmer.

Amplitroner (platinotroner), klystroner og vandrende bølgelamper basert på samme prinsipp er mindre vanlige.

Magnetronen er den mest avanserte generatoren av høyeffekts mikrobølgefrekvenser. Det er en godt evakuert lampe med en elektronstråle kontrollert av et elektrisk og magnetisk felt. De gjør det mulig å oppnå svært korte bølger (opptil brøkdeler av en centimeter) med betydelige styrker.

Magnetroner bruker bevegelsen av elektroner i gjensidig vinkelrette elektriske og magnetiske felt skapt i det ringformede gapet mellom katoden og anoden. En anodisk spenning påføres mellom elektrodene, og skaper et radialt elektrisk felt under påvirkning av hvilket elektronene som fjernes fra den oppvarmede katoden, skynder seg til anoden.

Anodeblokken er plassert mellom polene til en elektromagnet, som skaper et magnetfelt i det ringformede gapet rettet langs magnetronens akse. Under påvirkning av et magnetisk felt avviker elektronet fra den radielle retningen og beveger seg langs en kompleks spiralbane. I rommet mellom katoden og anoden dannes det en roterende elektronsky med tunger, som minner om navet til et hjul med eiker. Elektronene flyr forbi sporene til anodehulromsresonatorene, og eksiterer høyfrekvente svingninger i dem.

Ris. 1. Magnetronanodeblokk

Hver av hulromsresonatorene er et oscillerende system med distribuerte parametere. Det elektriske feltet er konsentrert i sporene og magnetfeltet er konsentrert inne i hulrommet.

Utgangsenergien fra magnetronen realiseres ved hjelp av en induktiv sløyfe plassert i en eller oftere to tilstøtende resonatorer. Koaksialkabelen leverer strøm til lasten.

Ris. 2. Magnetronenhet

Oppvarming med mikrobølgestrømmer utføres i bølgeledere med sirkulært eller rektangulært tverrsnitt eller i volumresonatorer der elektromagnetiske bølger de enkleste formene TE10 (H10) (i bølgeledere) eller TE101 (i hulromsresonatorer). Oppvarming kan også gjøres ved å sende ut en elektromagnetisk bølge til varmeobjektet.

Magnetroner drives av likerettet strøm med en forenklet likeretterkrets. Enheter med svært lav effekt kan drives med vekselstrøm.

Magnetroner kan operere ved forskjellige frekvenser fra 0,5 til 100 GHz, med effekter fra noen få W til titalls kW i kontinuerlig modus og fra 10 W til 5 MW i pulsmodus med pulsvarigheter hovedsakelig fra brøkdeler til titalls mikrosekunder.

Ris. 2. Magnetron i mikrobølgeovn

Enkelheten til enheten og de relativt lave kostnadene for magnetroner, kombinert med høy intensitet av oppvarming og ulike anvendelser av mikrobølgestrømmer, åpner store muligheter for bruk i ulike industriområder, landbruk (for eksempel i dielektriske varmeinstallasjoner) og hjemme (mikrobølgeovn).

Magnetrondrift

Så det er magnetronen elektrisk lampe en spesiell design som brukes til å generere ultrahøyfrekvente oscillasjoner (i området desimeter- og centimeterbølger). Dens karakteristikk er bruken av et permanent magnetfelt (for å skape de nødvendige banene for bevegelse av elektroner inne i lampen), fra som magnetronen fikk navnet sitt.

Flerkammermagnetronen, ideen om som først ble foreslått av M. A. Bonch-Bruevich og realisert av de sovjetiske ingeniørene D. E. Malyarov og N. F. Alekseev, er en kombinasjon av et elektronrør med volumresonatorer. Det er flere av disse hulromsresonatorene i en magnetron, og det er derfor denne typen kalles multikammer eller multi-hulrom.

Prinsippet for design og drift av en flerkammermagnetron er som følger. Anoden til enheten er en massiv hul sylinder, i den indre overflaten som er laget et antall hulrom med hull (disse hulrommene er volumresonatorer), katoden er plassert langs sylinderens akse.

Magnetronen er plassert i et permanent magnetfelt rettet langs sylinderens akse. Elektroner som slipper ut fra katoden på siden av dette magnetfeltet påvirkes av Lorentz kraft, som bøyer banen til elektroner.

Magnetfeltet er valgt slik at de fleste elektronene beveger seg langs buede baner som ikke berører anoden. Hvis enhetens kameraer (hulromsresonatorer) vises elektriske vibrasjoner (små svingninger i volum oppstår alltid av forskjellige årsaker, for eksempel som et resultat av å slå på anodespenningen), da eksisterer et vekslende elektrisk felt ikke bare inne i kamrene, men også utenfor, nær hullene (sporene).

Elektroner som flyr nær anoden faller inn i disse feltene og, avhengig av retningen på feltet, enten akselerere eller bremse i dem. Når elektroner akselereres av et felt, tar de energi fra resonatorene, tvert imot, når de bremses, gir de fra seg noe av energien til resonatorene.

Hvis antallet akselererte og retarderte elektroner var det samme, ville de i gjennomsnitt ikke gi energi til resonatorene. Men elektronene, som bremses, har da lavere hastighet enn det de får når de beveger seg til anoden. Derfor har de ikke lenger nok energi til å gå tilbake til katoden.

Tvert imot, de elektronene som ble akselerert av resonatorfeltet har da energi som er større enn det som kreves for å returnere til katoden. Derfor vil elektroner som kommer inn i feltet til den første resonatoren, akselereres i den, gå tilbake til katoden, og de som bremses ned i den vil ikke gå tilbake til katoden, men vil bevege seg langs buede baner nær anoden og falle. inn i feltet til følgende resonatorer.

Ved en passende bevegelseshastighet (som på en eller annen måte er relatert til frekvensen av oscillasjoner i resonatorene), vil disse elektronene falle inn i feltet til den andre resonatoren med samme fase av oscillasjoner som i feltet til den første resonatoren, derfor , i feltet til den andre resonatoren vil de også bremse ned.

Med et passende valg av elektronhastighet, dvs.anodespenning (så vel som magnetfeltet, som ikke endrer hastigheten til elektronet, men endrer retning), er det mulig å oppnå en slik situasjon at et individuelt elektron enten vil bli akselerert av feltet til bare en resonator, eller bremset av feltet til flere resonatorer.

Derfor vil elektronene i gjennomsnitt gi mer energi til resonatorene enn de vil ta fra dem, det vil si at svingningene som oppstår i resonatorene vil øke og til slutt vil det etableres svingninger med konstant amplitude i dem.

Prosessen med å opprettholde oscillasjoner i resonatorer, vurdert av oss på en forenklet måte, er ledsaget av et annet viktig fenomen, siden elektroner, for å bli bremset av feltet til resonatoren, må fly inn i dette feltet i en viss svingningsfase av resonatoren, er åpenbart at de må bevege seg i en ujevn flyt (t. da ville de gå inn i resonatorfeltet når som helst, ikke til bestemte tider, men i form av individuelle bunter.

For dette må hele strømmen av elektroner være som en stjerne, der elektronene beveger seg inne i separate stråler, og hele stjernen som helhet roterer rundt magnetronens akse med en slik hastighet at strålene kommer inn i hvert kammer kl. de rette øyeblikkene. Prosessen med dannelse av separate stråler i elektronstrålen kalles fasefokusering og utføres automatisk under påvirkning av det variable feltet til resonatorene.

Moderne magnetroner er i stand til å skape vibrasjoner opp til de høyeste frekvensene i centimeterområdet (bølger opp til 1 cm og enda kortere) og levere effekt opptil flere hundre watt med kontinuerlig stråling og flere hundre kilowatt med pulserende stråling.

Se også:Eksempler på bruk av permanente magneter innen elektroteknikk og energi