Принцип действия магнетрона: Как работает магнетрон | yourmicrowell.ru

Содержание

Как работает магнетрон | yourmicrowell.ru

Принцип действия магнетрона основан на влиянии электрического и магнитного полей на траекторию движения электронов. По своей сути, магнетрон является электровакуумным диодом. Другими словами «электронной лампой» с двумя электродами. В основе работы электровакуумных приборов лежит явление термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия возникает при разогреве поверхности эмиттера (катода), в следствии чего увеличивается количество электронов, способных совершить работу выхода. Для того, что бы выяснить, как электроны ведут себя в электрическом поле, рассмотрим принцип действия обычного электровакуумного диода.

На рисунке выше изображена схема работы электровакуумного диода. На части «А» рисунка, составлена электрическая цепь  состоящая из диода, батареи питания «В», и ключа «К». Ключ «К» разомкнут – следовательно, напряжение на аноде отсутствует «Ua = 0». Если нет напряжения, то ток анода тоже будет равен нулю «Ia = 0».

На нить накала подано напряжение «Un» следовательно, катод диода разогрет, и самые активные электроны уже готовы покинуть его. Но своей энергии им для этого не хватает, поэтому они все еще находятся возле катода.

Перейдем ко второй части рисунка. На части «Б» данного рисунка все та же схема, но ключ «К» на ней замкнут. Следовательно — на аноде появилось напряжение «Ua = x», поданное с положительного полюса батареи питания «В» через ключ «К». В результате чего, между электродами диода возникло электрическое поле. Под действием силы этого поля электроны начали покидать катод и устремились к аноду. Таким образом, цепь замкнулась и по цепи начал протекать ток анода определенной величины «Ia = y». Из выше изложенного можно сделать вывод, что электрическое поле заставляет электроны двигаться по прямой вдоль, своих силовых линий.

Магнитное поле ни как не действует на не подвижный электрон. Но если электрон, движущийся по прямой траектории под действием электрического поля, попадает в магнитное поле, то последнее влияет на траекторию движения электрона, отклоняя ее вдоль своих силовых линий. Таким образом, электрон двигавшийся по прямой, под действием магнитного поля начинает двигаться по дуге.

Теперь рассмотрим внутренности магнетрона. Отличительной особенностью конструкции магнетрона – является конструкция анода. Анод магнетрона представляет собой толстостенный медный цилиндр с системой резонаторов внутри. В поперечном сечении, вид конструкции анода напоминает колесо телеги со спицами. Каждая «спица» — является резонатором. В центре анода расположен катод с подогревателем. По краям анодного блока находятся два кольцевых магнита, которые образуют магнитную систему, между полюсами которой и располагается анод. Если бы данная магнитная система отсутствовала, то не было бы и магнитного поля и в этом случае, при подаче напряжения накала и анодного напряжения, электроны двигались бы по прямой, от катода — к аноду т. е. вдоль силовых линий электрического поля.

На рисунке сверху изображена очень упрощенная схема работы магнетрона. На ней голубым цветом выделена приблизительная форма траектории движения одного электрона покинувшего катод и стремящегося к аноду.

На рисунке видно, что благодаря наличию магнитного поля, траектория движения электрона изменяется таким образом, что покинувший катод электрон достигает анода, далеко не сразу. Из-за такого влияния магнитного поля на движение электрона, в рабочей области образуется своеобразное «электронное облако», которое вращается вокруг катода – внутри анода. Пролетая мимо резонаторов, электроны отдают им часть своей энергии и наводят в них токи высокой частоты которые в свою очередь, создают  сильное СВЧ поле в полостях резонаторов. В одну из таких полостей помещена петля связи (на схеме не показана), посредством которой энергия СВЧ поля выводится наружу.

Это очень краткое описание работы магнетрона. Для тех, кто хотел бы познакомиться с принципом его действия поближе, даю ссылки на более подробные описания.

 

В.И. Коробейников.  «Вечный двигатель в вопросах и ответах. Магнетрон»

Г.С. Сапунов «Магнетроны»

Общее устройство и принцип действия магнетрона

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАГНЕТРОНА.

Работа магнетрона- как и любого другого электровакуумного прибора основана на эмиссий электронов катодом и преобразований энергий электронов в высокочастотный сигнал.

Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов катодом с помощью его нагревания, при этом электроны приобретают избыточную энергию достаточную для покидания твердого тела катода.

Схемное обозначение указано на рисунке.

Магнетрон состоит из:

1- Баллон с волноводом из котором откачан воздух для беспрепятственного движения электронов.

2- Накаливаемый катод — источник электронов.

Для работы лампы, на катод подаются два напряжения:

·        напряжение накала на выводы a и b для разогрева катода.

·        высокое отрицательное напряжение для разгона электронов в сторону анода.

3- Анод приемник электронов с положительным потенциалом относительно катода.

4- Постоянный магнит, наводящий равномерное магнитное поле в плоскости прохождения электронов по волноводу.

5- Резонаторы обеспечивают за счет сложения мощности усиление колебаний магнитного поля и подачу полученной ВЧ мощности на выход магнетрона.

6- Коаксиальный кабель служащий для передачи ВЧ мощности на излучатель.

7- ВЧ излучатель, полуволновой или четвертьволновой отрезок, передающая антенна, для передачи ВЧ мощности на нагрузку.

 

РАБОТА МАГНЕТРОНА.

При подаче напряжения накала на катод он разогревается и вокруг него образуется вращающееся облако свободных электронов. Причем на катод подается постоянное отрицательное напряжение, с помощью сил отталкивания ускоряющее электроны в сторону анода, а на  анод подается положительное напряжение которое ускоряет электроны в сторону анода. Электроны пролетая сквозь магнитное поле теряют часть энергий и вызывают изменения напряженности линий магнитного поля в виде его колебаний. Соответственно изменения магнитного поля с высокой частотой порождают электромагнитные колебания в виде волны.

По пути распространения волны расположены отрезки (резонаторы) взаимное расположение и размеры которых равны длине волны полученного колебания.

За счет явления резонанса, совпадения длины волны и размеров резонатора колебания многократно усиливаются и по волноводу в виде СВЧ излучения подаются на выход магнетрона и далее по коаксиальному кабелю на излучатель где могут быть использованы по назначению рис.б).

Коаксиальный кабель рис.а) представляет собой устройство для передачи ВЧ энергий за счет ее распространения в виде бегущей волны. Состоит из следующих частей:

Оболочки – которая защищает от повреждений.

Оплетки – экранирует сигнал и защищает от помех, чаще всего заземляется.

Заполнитель – материал с хорошей диэлектрической проницаемостью, (полиэтилен, фторопласт) по которому распространяется бегущая волна.

Центральный провод – на который подается ВЧ сигнал. Режим бегущей волне реализуемый в волноводе позволяет передавать ВЧ мощность на нагрузку практически без потерь.

 

МАГНЕТРОН — это… Что такое МАГНЕТРОН?

  • магнетрон — магнетрон …   Орфографический словарь-справочник

  • Магнетрон — Магнетрон  это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Со …   Википедия

  • МАГНЕТРОН — многорезонаторный прибор для генерации эл. магн. колебаний СВЧ, основанный на вз ствии эл нов, движущихся в магн. поле по криволинейным траекториям с возбуждаемым эл. магн. полем. Анод М. массивный полый цилиндр, во внутр. части к рого вырезаны… …   Физическая энциклопедия

  • магнетрон — а, м. magnétron m., англ. magnetron. спец. Электронная лампа специальной конструкции, в которой на электронный поток одновременно действуют постоянные электрическое и магнитное поля. БАС 1. Не включайте пустую печь, иначе магнетрон устройство, в… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • магнетрон — митрон, лампа Словарь русских синонимов. магнетрон сущ., кол во синонимов: 4 • лампа (75) • митрон …   Словарь синонимов

  • МАГНЕТРОН — (от греч. magnetis магнит и …трон) электровакуумный прибор, мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Принцип действия магнетрона основан на торможении электронов в скрещенных электрических и магнитных полях. Используется …   Большой Энциклопедический словарь

  • МАГНЕТРОН — (Magnetron) электронная лампа без сетки; управление потоком электронов, испускаемых катодом и летящих к аноду, происходит при помощи магнитного поля, создаваемого катушкой, надетой на баллон лампы. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.:… …   Морской словарь

  • магнетрон — Резонансный прибор М типа, в котором замкнутый электронный поток взаимодействует с СВЧ полем замкнутой замедляющей системы. [ГОСТ 23769 79] Тематики приборы и устройства защитные СВЧ Обобщающие термины приборы М типа EN magnetron …   Справочник технического переводчика

  • МАГНЕТРОН — электровакуумный прибор для генерации электромагнитных колебаний диапазона сверхвысоких частот, в котором для создания нужных траекторий электронов используется постоянное магнитное поле. М. применяют в основном в радиолокационной аппаратуре и… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Магнетрон — 67. Магнетрон Magnetron Резонансный прибор М типа, в котором замкнутый электронный поток взаимодействует с СВЧ полем замкнутой замедляющей системы Источник: ГОСТ 23769 79: Приборы электронные и устройства защитные СВЧ. Термины, определения и… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Устройство и принцип действия микроволновки

    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.

    Общий принцип действия микроволновой печи

    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.

    Важно! Частота микроволновой печи рассчитана так, чтобы оказывать максимальное воздействие на молекулы жидкости. Именно они своим интенсивным колебанием и трением об соседей способствуют выделению большого количества тепла. Материалы сухие и чистые по химическому составу нагреваются очень медленно, но таких в природе мало.

    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.

    Какие элементы есть в конструкции микроволновки

    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:

    • блок генерации СВЧ излучения, магнетрон и волноводы;
    • система преобразования напряжения, главный модуль — повышающий высоковольтный трансформатор;
    • средства контроля в составе группы датчиков;
    • система вторичной защиты;
    • управляющая схема микроволновки.

    Важно! В зависимости от сложности модели печи, в нее могут включаться самые разные опции. Например, гриль, вторичные рассеиватели волн, дополнительные узлы СВЧ генерации.

    Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки.

    Управляющая схема

    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.

    Система преобразования напряжения

    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.

    Важно! Повышающий трансформатор — ключевой и самый дорогой узел системы преобразования напряжения. Он питает магнетрон, элемент, без которого невозможно реализовать основной принцип работы микроволновой печи.

    Блок генерации СВЧ излучения

    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.

    Системы основной и вторичной защиты

    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.

    Схемы распределения СВЧ волн

    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.

    Важно! В моделях с одним  волноводом, который излучает достаточно локализованный поток волн, используется отражатель на противоположной стороне отсека продуктов. Это вогнутая зона стенки. Она помогает более равномерно распределить СВЧ излучение по рабочему объему.

    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 2.45 ГГц — именно это значение является резонансным для молекул воды, заставляя их колебаться с большой амплитудой. 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.

    Как работает система защиты

    Также стоит подробно осветить функционирование систем безопасности. Они делятся на две значимые группы.

    1. Контроль параметров аппаратной части. Это датчик температуры магнетрона, предохранители, охлаждающие вентиляторы. Они решают задачу блокировки потенциально аварийных ситуаций и поддержания нормированных показателей работы электроники
    2. Защита человека от поражения электротоком и СВЧ излучением.

    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.

    Важно! Микроволновка генерирует помехи проводки. В некоторых домах это можно зафиксировать по работе других приборов (в частности, Wi-Fi роутеров), особенно, если эксплуатируется откровенно дешевая печь с плохим шумоподавителем.

    Электрическая схема СВЧ

    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. Одним из самых первых контуров всегда выступает шумоподавитель (NOISE FILTER). 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.

    Третий функциональный блок — приводы и подсветка. Здесь все просто. На двигатель, который крутит тарелку, на вентилятор и лампу, подается постоянное напряжение. Таймер размыкает цепь при окончании установленного временного интервала.

    Последний рабочий контур — повышающий трансформатор, датчик контроля температуры магнетрона, его система защиты от пробоя и плавкий предохранитель. И заканчивается схема всегда одинаково. Главным рабочим органом печи, магнетроном.

    В качестве заключения

    Несмотря на то, что микроволновка может показаться крайне сложным и даже опасным устройством, ее рекомендуется регулярно обслуживать. Это безопасно и просто. Вскрывать корпус, чтобы удалить пыль с аппаратной части, не стоит. Достаточно держать в чистоте поверхность стенок отсека для продуктов, стекло дверки. Периодически аккуратно снимать и протирать слюдяную пластину, закрывающую волновод. И тогда микроволновка будет сохранять стабильные параметры весь срок, заявленный производителем.

    Строительство и эксплуатация

    ~ Wiki For You

    Магнетрон — Конструкция

    Что такое магнетрон?

    Магнетрон — это вакуумная лампа, которая используется для генерации микроволн высокой мощности. Его рабочий принцип основан на взаимодействии между потоком электронов и магнитным полем. Первая магнетронная трубка была изобретена в 1940 году в Английском университете Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом.Магнетронная трубка работает от постоянного тока. Он состоит из анодного и катодного полюсов и постоянного магнита. Магнитронная полость используется в радиолокационных станциях и микроволновых печах.
    Вам также может понравиться: Строительство и работа TRIAC

    Конструкция магнетрона

    Как указано выше, магнетронная трубка состоит из вакуумной трубки, имеющей два электрода, то есть анод и катод, и один постоянный магнит. Оба электрода имеют цилиндрическую форму, а катод окружен анодом.Собственно катоды — это и полости цилиндрической формы. Постоянный магнит и оба электрода размещены таким образом, чтобы магнитное поле постоянного магнита и электрическое поле катода были перпендикулярны друг другу. Катод находится в центре камеры или цилиндра. Вокруг катода имеются цилиндрические полости, открытые по всей длине и соединяющие общее пространство полости. Выходной сигнал магнетрона выводится из любой полости по коаксиальной линии или с помощью волновода.
    Рекомендуется к прочтению: Устройство и работа контроллера клавиатуры.
    Выходной соединительный контур выдает выходной сигнал на объемный резонатор, который, в свою очередь, соединен с волноводом. Антенна подключена к волноводу для извлечения части поля. Затем волновод подключается к нагрузке, которая может быть варочной камерой (в случае микроволновой печи) или антенной с большим усилением (в случае радара). Конструктивная схема Магнетрона приведена выше.
    Рекомендуемое чтение: Строительство ИБП

    Работа или работа магнетрона

    Полости мангетронной трубки , , , состоят из горячего катода, в котором создается высокий отрицательный потенциал с помощью высокого напряжения постоянного тока.Когда катод испускает электроны, они начинают путешествовать в вакууме. Путь туда зависит от силы и направления магнитного поля и электрического поля. Магнитное поле заставляет электроны притягиваться к положительному аноду и начинает вращаться по спирали по круговой траектории. Затем они проходят мимо отверстий полостей, открытых по их длине. Затем эти электроны создают в резонаторе высокочастотное радиополе, из-за которого электроны собираются в группы. Затем это поле переходит в выходной контур связи, который, в свою очередь, подключается к волноводу или антенне в зависимости от требований к выходу.

    Рабочий магнетрон с полостью

    | Частота втягивания и выталкивания в магнетроне

    Рабочий магнетрон с полостью:

    Полостной магнетрон, который будет называться магнетроном, представляет собой диод, обычно цилиндрической конструкции. Он использует радиальное электрическое поле, осевое магнитное поле и анодную структуру с постоянными полостями. Как показано на Рисунке 11-10, цилиндрический катод окружен анодом с полостями, и поэтому будет существовать радиальное постоянное электрическое поле.Магнитное поле из-за магнита, подобного изображенному на рисунке 11-11, является осевым, то есть имеет магнитные силовые линии, проходящие через катод и окружающее пространство взаимодействия. Таким образом, линии расположены под прямым углом к ​​поперечному сечению конструкции на Рисунке 11-10. Магнитное поле также является постоянным, и, поскольку оно перпендикулярно плоскости радиального электрического поля, магнетрон называется устройством со скрещенными полями .

    Выходной сигнал снимается с одного из резонаторов с помощью 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 анодная рамка была удалена, чтобы сделать внутреннюю часть видимой. Также обратите внимание, что резонаторный магнетрон работает несколько иного типа, он идентичен резонатору. Выходной соединительный контур ведет к объемному резонатору, к которому подключен волновод, и общий выход из этого магнетрона идет через волновод. Кольца, соединяющие анодные полюса, используются для обвязки, и причина их наличия будет объяснена. Наконец, анод обычно изготавливается из меди, независимо от его фактической формы.

    Магнетрон имеет несколько резонансных полостей и, следовательно, должен иметь несколько резонансных частот и / или режимов колебаний. Какой бы режим ни использовался, он должен быть непротиворечивым. Например, восьмирезонаторный магнетрон (который часто используется на практике) не может использовать режим, в котором разность фаз между соседними анодными частями составляет 30 °. Если бы это было сделано, общий фазовый сдвиг вокруг анода был бы 8 x 30 ° = 240 °, что означает, что первый полюсный наконечник был бы на 120 ° не в фазе с самим собой! 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 является предпочтительным по довольно сложным причинам. В этом режиме работы разность фаз между соседними полюсами анода составляет π рад или 180 °.

    Влияние магнитного поля:

    Поскольку любые электроны, испускаемые катодом магнетрона, будут находиться под влиянием магнитного поля, а также электрического поля, сначала необходимо исследовать поведение электронов в магнитном поле.Там электроны находились в кристаллической структуре магнитного материала, тогда как здесь они движутся в вакууме пространства анодного взаимодействия.

    Движущийся электрон представляет собой ток, и поэтому магнитное поле действует на него так же, как на провод, по которому проходит ток. Возникающая 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 по горизонтали, а магнитное поле действует вертикально вниз, путь электрона будет искривлен влево. Поскольку магнитное поле в магнетроне постоянно, сила магнитного поля на электрон (и, следовательно, радиус кривизны) будет зависеть исключительно от поступательной (радиальной) скорости электрона.

    Влияние магнитного и электрического полей:

    Когда магнитное и электрическое поля действуют одновременно на электрон, его путь может иметь любую из множества форм, определяемых относительной силой взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей.Некоторые из этих путей прохождения электронов показаны на рис. 11-12 в отсутствие колебаний в магнетроне, в котором электрическое поле является постоянным и радиальным, а осевое магнитное поле может иметь любое количество значений.

    Когда магнитное поле равно нулю, электрон идет прямо от катода к аноду, все время ускоряясь под действием радиального электрического поля. Это обозначено путем x на рисунке 11-12. Когда магнитное поле имеет небольшую, но определенную силу, оно оказывает на электрон боковую силу, искривляя его путь влево (здесь).Обратите внимание, как показано траекторией y на рис. 11-12, движение электрона больше не является прямолинейным. Когда электрон приближается к аноду, его скорость продолжает увеличиваться в радиальном направлении по мере ускорения. Действие магнитного поля на него также увеличивается, так что кривизна траектории становится более острой по мере приближения электрона к аноду.

    Можно сделать магнитное поле настолько сильным, что электроны вообще не достигнут анода. Магнитное поле, необходимое для возврата электронов к катоду после того, как они только что коснулись анода, называется полем отсечки.Результирующий путь — z на рисунке 11-12. Знание значения необходимой напряженности магнитного поля важно, потому что это поле отсечки просто снижает анодный ток до нуля в отсутствие колебаний. Если магнитное поле еще сильнее, пути электронов, как показано, будут еще более искривленными, и электроны вернутся на катод еще раньше (только для того, чтобы переизлучиться). Все эти пути естественным образом изменяются присутствием любого РЧ поля из-за колебаний, но положение дел без РЧ поля все же необходимо принимать во внимание по двум причинам.Во-первых, это приводит к пониманию осциллирующего магнетрона. Во-вторых, он обращает внимание на тот факт, что если магнетрон не колеблется, все электроны будут возвращены на катод, что приведет к перегреву и разрушению трубки. Это происходит потому, что на практике приложенное магнитное поле значительно превышает поле отсечки.

    Операция:

    Еще раз будет предположено, что колебания могут начаться в устройстве, имеющем резонаторы с высокой добротностью, и будет объяснен 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 равна nπ / 4, где n — целое число. Для достижения наилучших результатов на практике используется n = 4. Результирующие колебания в режиме ошибки показаны на рис. 11-13 в момент времени, когда высокочастотное напряжение на верхнем левом анодном полюсе является максимально положительным. Надо понимать, что это колебания. Таким образом, позже в цикле наступит время, когда этот полюс будет мгновенно максимально отрицательным, в то время как в другой момент ВЧ-напряжение между этим и следующим полюсом будет равно нулю.

    В отсутствие РЧ электрического поля электроны a и b следовали бы путями, показанными пунктирными линиями a и b, соответственно, но радиочастотное поле естественным образом изменяет эти траектории. Это высокочастотное поле, кстати, существует и внутри отдельных резонаторов, но для простоты оно здесь опущено. Важным фактом является то, что каждый рабочий магнетрон с резонатором действует так же, как короткозамкнутая четвертьволновая линия передачи. Каждый зазор соответствует точке максимального напряжения в результирующей диаграмме стоячей волны, при этом электрическое поле распространяется в пространство анодного взаимодействия, как показано на рисунке 11-13.

    Влияние комбинированных полей на электроны:

    Наличие колебаний в магнетроне вносит тангенциальную (ВЧ) составляющую электрического поля. Когда электрон а находится (в этот момент) в точке 1, тангенциальная составляющая ВЧ электрического поля противодействует тангенциальной скорости электрона. Электрон задерживается полем и отдает ему энергию (как это произошло в рефлекторном клистроне). Электрон b расположен так, чтобы извлекать равное количество энергии из радиочастотного поля в силу того, что он ускоряется им.Для поддержания колебаний электрическому полю должно быть отдано больше энергии, чем отнято от него. Тем не менее, на первый взгляд, здесь это маловероятно, потому что существует столько же электронов типа a, как и типа b. Обратите внимание, что электрон a проводит гораздо больше времени в радиочастотном поле, чем электрон b. Первый задерживается, и поэтому сила постоянного магнитного поля, действующая на него, уменьшается; в результате он теперь может приближаться к аноду. Если условия устроены так, что к тому времени, когда электрон a прибывает в точку 2, поле меняет полярность, этот электрон снова будет в состоянии отдавать энергию высокочастотному полю (хотя и задерживается им).Магнитная сила, действующая на электрон a, снова уменьшается, и происходит другое взаимодействие этого типа (на этот раз в точке 3). Это предполагает, что электрическое поле все время меняет полярность каждый раз, когда этот электрон достигает подходящей позиции взаимодействия. Таким образом, «предпочтительные» электроны проводят значительное время в пространстве взаимодействия и могут несколько раз облететь катод, прежде чем в конечном итоге достигнут анода.

    Однако электрон типа b испытывает совершенно другой опыт.Он немедленно ускоряется радиочастотным полем, поэтому сила, действующая на него постоянным магнитным полем, увеличивается. Таким образом, этот электрон возвращается на катод даже раньше, чем это было бы в отсутствие ВЧ 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 предоставлено электроном a, взаимодействий типа b гораздо меньше, потому что такие электроны всегда возвращаются на катод после одного или, возможно, двух взаимодействий.С другой стороны, электроны типа a многократно отдают энергию. Следовательно, кажется, что радиочастотным колебаниям передается больше энергии, чем отнимается у них, так что колебания в магнетроне поддерживаются. Единственный реальный эффект «неблагоприятных» электронов состоит в том, что они возвращаются на катод и стремятся его нагреть, тем самым обеспечивая рассеяние порядка 5 процентов анодного рассеяния. Это называется обратным нагревом и на самом деле не является полной потерей, потому что в магнетроне часто можно отключить подачу нити через несколько минут и просто полагаться на обратный нагрев для поддержания правильной температуры катода.

    Группировка:

    Можно показать, что работа магнетрона с резонатором, как и клистроны, заставляет электроны группироваться, но здесь это известно как эффект фазовой фокусировки. Этот эффект очень важен. Без этого предпочтительные электроны отставали бы от фазового изменения электрического поля в зазорах, поскольку такие электроны задерживаются при каждом взаимодействии с радиочастотным полем. Чтобы увидеть, как действует этот эффект, удобнее всего рассмотреть другой электрон, такой как c на рис. 11-13

    .

    Электрон c вносит некоторую энергию в радиочастотное поле.Однако он не отдает столько же, сколько электрон a, потому что тангенциальная составляющая поля в этой точке не так сильна. В результате этот электрон оказывается несколько менее полезным, чем электрон а, но это так только сначала. Электрон c сталкивается не только с уменьшенным тангенциальным радиочастотным полем, но и с компонентом радиального радиочастотного поля, как показано. Это имеет эффект ускорения электронов в радиальном направлении наружу. Как только это происходит, постоянное магнитное поле оказывает более сильное воздействие на электрон c, стремясь отогнуть его обратно к катоду, но также несколько ускоряя его против часовой стрелки.Это, в свою очередь, дает этому электрону очень хорошие шансы догнать электрон a. Аналогичным образом электрон d (показанный на рисунке 11-13) будет тормозиться по касательной под действием постоянного магнитного поля. Следовательно, он будет захвачен предпочтительным электроном; таким образом, пучок обретает форму. Фактически видно, что нахождение в благоприятном положении означает (для электрона) нахождение в положении равновесия. Если электрон скользит назад или вперед, он быстро вернется в правильное положение по отношению к радиочастотному полю благодаря только что описанному эффекту фазовой фокусировки.

    На рис. 11-14 показаны связки колесных спиц в полости магнетрона. Эти пучки вращаются против часовой стрелки с правильной скоростью, чтобы не отставать от ВЧ-фазовых изменений между соседними полюсами анода. Таким образом, происходит непрерывный обмен энергией, при этом радиочастотное поле получает гораздо больше, чем дает. Радиочастотное поле меняет полярность. Каждый предпочтительный электрон к тому времени, когда он приближается к следующему зазору, попадает в ту же ситуацию, когда имеется положительный анодный полюс над ним и слева, и отрицательный анодный полюс над ним и справа.Нетрудно представить, что само электрическое поле вращается против часовой стрелки с той же скоростью, что и электронные сгустки. Магнетрон с резонатором называется магнетроном бегущей волны именно из-за этих вращающихся полей.

    Практические рекомендации:

    Принципы работы устройства важны, но не дают полной картины этого конкретного устройства. Теперь рассмотрим ряд других важных аспектов работы магнетрона.

    Обвязка:

    Поскольку магнетрон имеет восемь (или более) связанных объемных резонаторов, возможны несколько различных режимов колебаний. Частоты колебаний, соответствующие различным режимам, не совпадают. Некоторые из них довольно близки друг к другу, так что из-за скачка мод колебание π-моды 3 см, которое является нормальным для конкретного магнетрона, могло бы ложно превратиться в колебание 3,05 см 3/4 π-моды. Постоянное электрическое и магнитное поля, настроенные так, чтобы соответствовать режиму IT, все же в определенной степени будут поддерживать паразитный режим, поскольку его частота не слишком далеко.Результатом вполне могут быть колебания пониженной мощности с неправильной частотой.

    Магнетроны, использующие идентичные полости в анодном блоке, обычно используют перемычку для предотвращения скачков режима. Такая обвязка показана на Рисунке 11-11 для системы с лопастной полостью, а теперь она видна на Рисунке 11-15a для рабочего устройства магнетрона с полостью с отверстиями и пазами. Обвязка состоит из двух колец из толстой проволоки, соединяющих чередующиеся анодные полюса. Это полюса, которые должны быть в фазе друг с другом для π-моды.Причину эффективности обвязки для предотвращения скачков режимов можно упростить, указав на то, что, поскольку разность фаз между чередующимися полюсами анода отличается от 2π рад в других режимах, эти режимы, очевидно, будут предотвращены. На самом деле ситуация несколько сложнее.

    Обвязка может оказаться неудовлетворительной из-за потерь в перемычках в очень мощных магнетронах или из-за трудностей при обвязке на очень высоких частотах. В последнем случае полости небольшие, и их обычно много (16 и 32 — общие числа), чтобы гарантировать, что подходящее РЧ-поле поддерживается в пространстве взаимодействия.При этом возможно так много режимов, что даже привязка не может предотвратить переход между режимами. Очень хорошее лечение состоит в наличии анодного блока с парой рабочих систем резонаторного магнетрона совершенно разной формы и резонансной частоты. Такая анодная структура с восходящим солнцем показана на рис. 11-15b и имеет эффект изоляции частоты 7π-моды от других. Следовательно, теперь маловероятно, что магнетрон будет колебаться в любом из других режимов, потому что постоянные поля не будут поддерживать их.Обратите внимание, что для магнетрона восходящего солнца обвязка не требуется.

    Частота втягивания и толкания в магнетроне:

    Следует признать, что резонансную частоту магнетронов можно несколько изменить, изменив анодное напряжение. Такое изменение частоты происходит из-за того, что изменение анодного напряжения приводит к изменению орбитальной скорости электронных облаков на Рисунке 11-14. Это, в свою очередь, изменяет скорость передачи энергии анодным резонаторам и, следовательно, изменяет частоту колебаний, если позволяет полоса пропускания резонатора.Эффект всего этого заключается в том, что изменения мощности будут происходить в результате непреднамеренных изменений анодного напряжения, но настройка напряжения магнетронов вполне возможна.

    Как и любой другой генератор, магнетрон чувствителен к колебаниям частоты из-за изменений импеданса нагрузки. Это произойдет независимо от того, являются ли такие колебания нагрузки чисто резистивными или связаны с колебаниями реактивного сопротивления нагрузки, но, естественно, для последних это более серьезно. Изменения частоты, известные как смещения частоты , вызваны изменениями импеданса нагрузки, отраженными в объемных резонаторах.Их нужно предотвращать, тем более что магнетрон является генератором мощности. В отличие от большинства других осцилляторов, за ним нет буфера.

    Различные характеристики магнетрона, включая оптимальные комбинации анодного напряжения и магнитного потока, обычно отображаются на диаграммах характеристик и диаграммах Рике. Из них выбираются лучшие условия эксплуатации.

    Magnetron — обзор | Темы ScienceDirect

    20.7 Дуговой разряд и управление дугой

    Возникновение дуги может быть проблемой, и это имеет тенденцию быть гораздо более серьезной для реактивных процессов или при работе с высокой плотностью тока.

    Магнетронные источники работают в области аномального тлеющего разряда кривой, обозначенной буквой «A» на рисунке 20.11. Чтобы получить максимально возможное осаждение с катода, существует тенденция к сильному удару катодов и, таким образом, к вершине аномальной части кривой. Это означает, что даже очень небольшое возмущение плазмы может сдвинуть характеристику за горб напряжения в лавинный процесс и, таким образом, сформировать дугу. Этот пик напряжения делает невозможным восстановление процесса.Только гашение дуги может восстановить аномальную плазму, распыляемую магнетроном [71–92]. Во время дуги вся плазма фокусируется в одной точке с более низким напряжением и гораздо более высокой характеристикой плотности тока.

    Рисунок 20.11. График зависимости напряжения от тока для плазмы.

    Дуга может быть установлена ​​за несколько микросекунд. Дуги могут запускаться несколькими механизмами. По сути, должно быть возмущение плазмы, вызванное нагревом или некоторой электронной зарядкой поверхности.Этот локализованный заряд на мишени заставляет ионы перемещаться через плазму. Эта локализованная повышенная плазма позволяет короткому замыканию тока между плазмой и катодом в форме дуги (рис. 20.12). Эти три шага схематично показаны выше. Дуга нагревает мишень очень быстро, и это вызывает испарение материала мишени, а также эмиссию гораздо большего количества вторичных электронов, что позволяет очень легко поддерживать дугу. Обычными источниками инициаторов дуги являются дефекты на поверхности мишени.Это могут быть как физические дефекты, так и включения на поверхности мишени. Если включение распыляется медленнее, чем окружающий материал мишени, тогда металл вокруг дефекта удаляется, и остается острие, которое концентрирует электрическое поле вокруг или на острие. Физические дефекты могут быть внутри материала мишени или могут образовываться на поверхности в результате окисления, из-за обратного рассеяния отложений, мусора, который падает на катод и нагревается от бомбардировки, а также из-за того, что они плохо связаны с охлажденной мишенью, так что она становится термоэлектронной. эмиттер (рисунок 20.13). Некоторые материалы хуже других склонны к образованию дуги. В случае алюминия, одного из наихудших, оксид может испустить до 20 вторичных электронов от удара одного иона. Следовательно, на периферии следа эрозии находится область скопления оксида, где даже небольшие дефекты могут привести к возникновению дуг.

    Рисунок 20.12. Схема шагов, которые происходят при запуске дуги.

    Рисунок 20.13. Схема, показывающая возможные источники дуги на мишени магнетрона.

    Большинство металлов окисляются, и мишени часто страдают от значительного искрения до тех пор, пока оксидный слой не будет очищен от мишени в начале распыления.

    Было показано, что изолирующая пленка на катоде при ионной бомбардировке имеет сильно пониженный потенциал зажигания для зажигания дуги. Оно составляет около 34 В для изолирующей пленки, но более 6 кВ для металлической поверхности.

    Магнетронные источники обладают преимуществом магнитного поля, которое заставляет дугу двигаться из-за прецессии электронов, вызванной скрещенными магнитным и электрическим полями. Это имеет то преимущество, что дуга рассеивает энергию по большей части поверхности, чем если бы она была зафиксирована в одном месте.Если бы дуга находилась в одном месте, мишень быстро расплавилась бы в расширяющейся ванне. Скорость испарения из этой ванны расплава могла бы эффективно обеспечить металлический пар, который создавал бы локальную область высокого давления, помогая дуге продолжаться в том же месте. Дуга, если она образуется, связана с такой большой энергией, что во многих случаях дефект, вызвавший возникновение дуги, срывается с поверхности. Если это произойдет, то, когда дуга погаснет, маловероятно, что она восстановится с той же точки (Рисунок 20.14).

    Рисунок 20.14. Фотография мишени магнетронного распыления, сильно пострадавшей от дуги.

    Современные блоки питания контролируют напряжение и ток и могут определять образование дуги. Когда это происходит, ток прекращается, дуга гаснет, и ток можно подавать повторно. Если источник дуги все еще остается, то возможно, что дуга попытается переформироваться, и последовательность отсечки тока, повторного подачи питания и определения дуги, а также отсечения мощности будет происходить в течение нескольких циклов.Некоторые источники питания могут генерировать импульс высокого напряжения, чтобы попытаться устранить дефект, вызывающий повторную дугу. Также может быть проблема, заключающаяся в том, что, если возникла дуга, температура могла быть достаточно поднята, чтобы начать термоэлектронную эмиссию, достаточную для зажигания другой дуги в том же месте. Таким образом, скорость обнаружения и отключения мощности во много раз выше, чем скорость, с которой мощность может быть повторно приложена.

    Еще одна особенность более современных источников питания заключается в том, что как только они обнаруживают образование дуги, они меняют полярность и выключают дугу, вместо того, чтобы ждать нормального затухания дуги после отключения питания.Это ускоряет процесс гашения, и, поскольку меньше энергии могло нагреть место дефекта, меньше вероятность восстановления дуги за счет термоэлектронной эмиссии.

    Проблема образования оксида на периферии следа эрозии и возникновения дуги также была решена. Двойной магнетрон, в котором два магнетрона расположены рядом, позволяет каждому магнетрону действовать по очереди как катод, а затем как анод. В анодном цикле поверхность, которая стала заряженной в катодном цикле, нейтрализуется.Таким образом, поверхностный заряд никогда не достигает точки, в которой достаточно автоэлектронной эмиссии для зажигания дуги.

    Другие варианты, которые затем представлены, заключаются в выборе синусоидального цикла мощности между двумя катодами или более высокой скорости от переключаемой прямоугольной волны. Эти импульсные источники питания также предлагают возможность использования двух разнородных элементов в двух катодах и последующего напыления сплавов (рис. 20.15) [93]. Затем можно изменить рабочий цикл для изменения состава сплава.Еще одна модификация этих импульсных источников питания состоит в том, что прямоугольный источник питания может быть применен к одному катоду, причем большую часть цикла имеет обычная полярность с очень коротким изменением полярности, используемым для разряда диэлектрических поверхностей. Это упреждающий способ уменьшить искрение катода, а не ждать, пока дуга возникнет, а затем пытается быстро отреагировать. Рабочий цикл может быть установлен таким образом, чтобы было очень мало мощности и, следовательно, потери скорости, которые более чем компенсировались уменьшением количества дуг.

    Рисунок 20.15. Фотография двойного кругового магнетрона, использованного для исследования различных составов сплавов, демонстрирующая мишени после некоторого использования.

    Это уменьшение искрения становится критическим при осаждении прозрачных проводящих оксидов. Товар чувствителен к цене и в будущем станет еще более чувствительным, поэтому его необходимо сдать на хранение как можно быстрее. Это имеет тенденцию к разбрызгиванию постоянным током металлических мишеней, которые со временем имеют увеличивающееся количество дуг из-за накопления оксида на краях следа эрозии.

    Возникновение дуги серьезно нарушает стехиометрию растущего покрытия, что нарушает электропроводность. Восстановление такой же проводимости может занять от нескольких секунд до минут. Полотно, проходящее под катодами в это время, является ломом, но является частью рулона материала. Либо он должен быть помечен во время осаждения как материал низкого качества, либо его необходимо перемотать и промаркировать позже. В этом случае заказчик должен использовать рулоны различной длины или один рулон с прерывистым материалом хорошего и плохого качества.Следовательно, для этого очень чувствительного материала важно, чтобы процесс был как можно более стабильным, и упреждающее уменьшение дуги является преимуществом. В сочетании с этим должен быть быстрый и точный контроль газов. Мониторинг процесса в реальном времени может дать самый быстрый управляющий сигнал, даже если конечная реакция газов имеет запаздывание. Наиболее прямое измерение процесса осуществляется с помощью монитора эмиссии плазмы [94–101] (рис. 20.16).

    Рисунок 20.16. На рисунке показан сдвоенный катод с монитором выброса плазмы и контролем реактивных процессов.

    Эффективность этих источников питания позволила использовать их в системах, чтобы помочь им восстановиться после плохой конструкции. Если система спроектирована со слишком малой накачкой, так что при реактивном осаждении возникает петля гистерезиса, а реактивный процесс по своей природе нестабилен, тогда можно скрыть проблему, используя один из этих источников питания.

    Хотя это позволит проводить реактивное распыление, и оно будет быстрее, чем распыление из отравленной мишени, оно все же будет хуже, чем наличие стабильного процесса по своей природе.По-прежнему будет преимущество использования этого типа источника питания для стабильного процесса, поскольку он по-прежнему будет обеспечивать упреждающее управление дугой. По своей сути стабильная система восстанавливается после дугового разряда, но медленнее, поэтому эти расходные материалы обеспечивают дополнительную стабильность и скорость восстановления, дополнительно повышая качество продукта.

    Магнетронный осциллятор — Клуб электроники, микроволновая печь

    Магнетрон Осциллятор

    Magnetron Oscillator — еще один тип микроволнового генератора.В генераторе магнетрона магнитное поле перпендикулярно электрическому полю и поэтому называется кросс-полем или M-типом. Магнетрон был изобретен Халлом в 1921 году, а улучшенный высокомощный магнетрон был разработан Рэндаллом и Бутом примерно в 1939 году. Магнетроны обеспечивают микроволновые колебания очень высокой пиковой мощности.

    В клистронах можно отметить, что электроны, несущие энергию, контактируют с высокочастотным полем в резонансной полости только на короткое время. Однако, если электроны могут взаимодействовать с радиочастотным полем в течение длительного времени, может быть получена более высокая эффективность.Это было сделано в лампе бегущей волны (ЛБВ) и в магнетронном генераторе, также используется тот же метод.

    Типы магнетронов

    Существует три типа магнетронов:

    1. отрицательный Тип сопротивления
    2. Циклотрон Частотный тип
    3. Путешествующий Волновой или резонаторный тип

    Магнетрон с отрицательным сопротивлением использует отрицательное сопротивление между двумя анодными сегментами, но имеет низкую эффективность. Это полезно только на низких частотах (<500 МГц).

    Циклотронная частота магнетрона зависит от синхронизм между переменной составляющей электрического и периодического колебания электронов в направлении, параллельном этому полю. Эти полезно только для частот выше 100 МГц.

    Резонаторный магнетрон зависит от взаимодействия электронов с вращающимся электромагнитным полем постоянной угловой скорости. Они обеспечивают колебания очень высокой пиковой мощности и, следовательно, очень полезны в радиолокационных системах.Это самый полезный, он подробно описан.

    Полостной магнетрон

    Это диод обычно цилиндрической формы с толстым цилиндрическим катодом в центре и коаксиальным цилиндрическим блоком из меди в качестве анода. В аноде в блоке прорезано множество отверстий и щелей, которые действуют как резонансные анодные полости. Пространство между анодом и катодом является пространством взаимодействия, и одна из полостей соединена с коаксиальной линией или волноводом для вывода выходного сигнала.Это устройство с перекрестным полем, поскольку электрическое поле между анодом и катодом является радиальным, тогда как магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, является аксиальным. Постоянный магнит расположен так, чтобы магнитные линии были параллельны вертикальному катоду и перпендикулярны электрическому полю между катодом и анодом.

    Конструкция резонаторного магнетрона

    Операция:

    Резонаторный магнетрон имеет полости, которые плотно соединены друг с другом. Общеизвестно, что тесно связанная система с N-образными резонаторами будет иметь N-режимы работы, каждый из которых уникальным образом характеризуется комбинацией частоты и фазы колебаний относительно соседнего резонатора.Кроме того, эти моды должны быть самосогласованными, чтобы общий фазовый сдвиг вокруг кольца объемных резонаторов составлял 2nπ, где n — целое число. Например, фазовый сдвиг между полостями магнетрона с резонатором должен составлять 40 o , что будет означать, что первый резонатор не совпадает по фазе с самим собой на 320 o . {\ phi _ {\ upsilon}} = \ frac {2 \ pi n} {N} где, n = 0, \ pm 1, \ pm 2,…, \ pm (\ frac {N} {2} — 1), \ pm \ frac {N} {2}

    я.е., N / 2-режим резонанса может exist is N — четное число.

    Если n = \ frac {N} {2}, {\ phi _ {\ upsilon}} = \ pi

    Этот режим резонанса называется π-мода .

    Если n = 0, {\ phi _ {\ upsilon}} = 0

    Это нулевая мода , означающая, что между анодом и катодом не будет РЧ электрического поля (так называемое поле окантовки), и он не используется в работе магнетрона.

    Электроны Поведение в магнетроне

    В зависимости от родственника силы электрического и магнитного полей электроны, испускаемые из катод и движение к аноду будет пересекать пространство взаимодействия.

    В отсутствие магнитного поля (B = 0) электрон движется прямо от катода к аноду из-за действующей на него радиальной силы электрического поля (обозначенной траекторией «a» на рисунке). Если напряженность магнитного поля увеличивается (т. Е. При умеренном значении B), оно будет оказывать боковую силу, искривляющую путь электрона, как показано путем «b» на рисунке. Радиус пути определяется выражением R = mv / eB, которое напрямую зависит от скорости электронов и обратно пропорционально напряженности магнитного поля.

    Поведение электронов в магнетроне

    Если напряженность магнитного поля сделать достаточно высокой, чтобы предотвратить попадание электронов на анод (как показано линией «c» на рисунке), анодный ток станет нулевым. Магнитное поле, необходимое для возврата электронов обратно на катод, просто скользящих по поверхности анода, называется критическим магнитным полем (Bc), магнитным полем отсечки. Если сделать магнитное поле больше, чем критическое поле (B> Bc), электрон испытывает большую вращающую силу и может вернуться обратно на катод гораздо быстрее.Все такие электроны могут вызвать обратный нагрев катода. Этого можно избежать, отключив питание нагревателя после начала колебаний. Это сделано, чтобы избежать падения эффективности излучения катода.

    π-мода

    ВЧ электрическое поле между двумя боковыми стенками точек входа в резонатор в определенный момент такое, как на рисунке. Эта конфигурация поля будет изменяться с частотой РЧ-поля, показанного внутри резонатора и относящегося к моде TE110 в резонаторе с цилиндрическим волноводом.В этом режиме разность фаз (ϕ) между двумя соседними резонаторами равна π и называется π-модой. В более высоких режимах эта разность ϕ должна быть <π, но с условием, что 8ϕ = 2nπ, то есть полный фазовый сдвиг во всей окружности должен быть кратным 2π.

    Типичная характеристика магнетронного генератора
    1. Диапазон частот: 0,5–75 ГГц
    2. КПД: 40–70%
    3. Диапазон анодного напряжения (В 0 ): 10–100 кВ
    4. Анодный ток (I 0 ): 10–100 A
    5. Поперечное магнитное поле (B0): 10–500 мВт / м2
    6. Рабочий цикл: 0.1%
    7. Выходная мощность: свыше 250 кВт (импульсный режим), 10 мВт (диапазон УВЧ), 2 мВт (диапазон X), 8 кВт (при 95 ГГц)

    Приложения Магнетрона
    1. Магнетроны с перестраиваемым напряжением (VTM) используются в генераторах развертки в телеметрии и в ракетных приложениях с мощностью в непрерывном режиме с эффективностью 70% в диапазоне 0,2–10 ГГц.
    2. Непрерывный магнетрон с фиксированной частотой (CW) используется в
      • Промышленное отопление
      • Передатчик
      • Микроволновая печь на част.2,45 ГГц и мощность = 600–1200 Вт. КПД составляет около 64%. Следовательно, требуемая входная мощность постоянного тока находится в диапазоне 1000–2000 Вт в зависимости от размера.
    3. Магнетрон импульсный мощности пиковой мощности мегаваттного диапазона есть в РАДАРЕ.

    Магнетрон

  • Джессика Уилсон530480
    12 декабря 2021 г.

  • PragyaSehgal2
    Июл.11, 2021

  • ПрекрасныйChinnu2
    Мая. 5, 2021

  • СанкаршАМ
    10 марта 2021 г.

  • Naveenkumarj222
    20 декабря 2020 г.

  • MayankRana44
    Ноябрь28, 2020

  • MsRj1
    4 ноября 2020 г.

  • МНандхини
    15 октября 2020 г.

  • MohdShahirMatSaad
    8 октября 2020 г.

  • NethajiKumar1
    Сен.20, 2020

  • SandhyaRaja3
    24 июня 2020 г.

  • ХарикришнаРай1
    Мая. 5, 2020

  • СамартЧью5
    10 апреля 2020 г.

  • Гульбахар
    Декабрь30, 2019

  • СангиДхиви
    18 ноября 2019 г.

  • AMINULISLAM389
    20 июня 2019 г.

  • КаляниРой2
    12 июня 2019 г.

  • RaviChand31
    Мая.2, 2019

  • НандхиниНандхини 13
    29 апреля 2019 г.

  • VinodSharma441
    11 марта 2019 г.

  • Магнетрон — введение, конструкция, работа, работа, применение, преимущества и недостатки.

    Принцип работы и устройство

    Чтобы получить частные и высокие колебания, используйте магнетроны.Электрические и магнитные поля действуют с большой силой. В результате возникают высокочастотные колебания. Часто применяемый вариант устройства — многорезонаторный. В таком магнетроне на электроны действуют всего три поля:

    • электрическое;
    • магнитный;
    • Микроволновая печь.

    Магнетрон: что это такое и как возникло

    Впервые этот термин был использован в 1921 году американским физиком А. Холлом. Его исследования и эксперименты были продолжены и в дальнейшем, что привело к появлению множества разновидностей магнетронов, которые использовались в радиоэлектронике.

    Патент на это изобретение был выдан А. Жаке в 1924 году. Именно он изобрел современный магнетрон, принцип действия которого основан на взаимодействии двух полей.

    В следующем десятилетии появятся магнетроны для генерации микроволновых волн. Основная задача заключалась в увеличении частоты колебаний, что делали только советские ученые. Они увеличили исходное значение в два раза, используя медь в качестве материала анода.

    Устройство

    Сердцем магнетрона является анодный блок, состоящий из медного цилиндра с пустотой внутри.В его центре расположены полости, они представляют собой кольцевую систему трехмерных резонаторов. Посередине анода есть отверстие, именно через него идет подключение к питанию.

    Также анод соединен с катодом от него. Это нить накала, она нагревается и проходит через всю середину анода. Для обеспечения вывода высокочастотных колебаний этот вывод установлен в одном из резонаторов. Внутри анодного блока находится вакуум. Для его охлаждения на поверхность устанавливаются ребристые радиаторы.

    Поместите этот блок так, чтобы он находился между магнитами, создавая магнитное поле достаточной силы.

    Между анодом и катодом устанавливается напряжение, так что положительно заряженный полюс находится на аноде. Электроны от катода начинают двигаться из-за действия электрического поля. Они должны двигаться к аноду, и магнетрон, принцип действия которого заключается в магнитном поле, образно возвращает его на катод.

    Достичь эффекта, когда электроны движутся вдоль описанной окружности и находятся около анода, но возвращаются, если можно соблюдать определенные условия в двух связанных полях.В этом состоянии только небольшая часть всех электронов, покидающих катод, остается на аноде.

    Возвращаясь к катоду, происходит замена части электронов. Этот процесс продолжается, образуя кольцевой заряд возле анода. Такой заряд начинает формироваться возле каждого резонатора, возникают незатухающие высокочастотные колебания. Вывести такие колебания можно витками проводов, поместив их в любой из резонаторов. Следом эти колебания передаются по волноводу (или коаксиальной линии).

    Магнетрон можно назвать микроволновым устройством, гегенератором, вакуумом, движение электронов в нем происходит в двух полях: электронном и магнитном. Магнетрон создает принцип действия этих двух полей, которые образуют третье — микроволновое.

    Приложение

    Могут применяться в радиотехнике. Например, при составлении радиолокационных карт. Для этого магнетрон должен состоять не только из рупорного питания, но и из параболического отражателя. За счет управления импульсами высокой интенсивности генерируется короткий импульс микроволнового излучения.Часть энергии, отражаясь, возвращается обратно в волновод и антенну, которая направляется к приемнику.

    После обработки данные появляются на радиолокационной карте.

    Применение в быту

    Микроволновые печи Принцип работы немного другой. Микроволновый магнетрон имеет прозрачное радиочастотное отверстие на конце волновода, которое образовано в рабочей камере. Поэтому включать такую ​​плиту важно только при наличии в ней еды.Без этого условия стоячие волны вызовут искрение, поскольку магнитные волны не поглощались, а возвращались обратно. Если продержится долго, магнетрон просто сломается. Скорость приготовления пищи в микроволновой печи напрямую зависит от мощности магнетрона.

    Большинство микроволн имеют мощность от 700 до 850 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы за 2-3 минуты вскипятить стакан воды. Магнетрон для СВЧ «Сатурн» в зависимости от модели может иметь разную мощность. Выбор СВЧ от этой компании можно начать именно со сравнения магнетронов, а затем дополнительных функций.

    Покупка СВЧ

    При покупке СВЧ следует знать принцип ее действия. Многие настороженно относятся к этой технике, ошибочно полагая, что она является источником радиации. По сути, в нем есть принцип микроволновки, что следует из самого названия. Микроволновая печь — это не что иное, как «сверхвысокие частоты». Конечно, он не излучает излучения, но обращаться с этой техникой нужно осторожно.

    Сама микроволновая печь уже имеет защиту от микроволнового излучения.Такая печь оснащена специальным датчиком, который отключит магнетрон, если дверца открыта. Магнетрон, принцип действия которого заключается в выработке микроволновых волн, не может завершить работу при нарушении правил эксплуатации. Если поместить его в печь, например, в металлическую чашу, он просто выведет из строя весь прибор.

    Волны из микроволновки могут выходить не более чем на пять метров.

    Поэтому в то время, когда он работает, лучше держаться подальше. Однако планировка кухонь большинства квартир не позволяет этого, ведь им придется перейти в другую комнату.

    Электромагнитное поле нагревает бесконтактные продукты, помещенные в микроволновую печь. Причем процесс нагрева происходит непосредственно внутри продукта, что сокращает время приготовления до нескольких минут. Не нужно предварительно подогревать посуду, в которой есть продукты.

    Для получения лучших результатов вам необходимо знать кулинарные хитрости при приготовлении определенных продуктов. С учетом того, что время идет, а устройство микроволновых печей не меняется, можно предполагать их дальнейшее и постоянное назначение на кухни многих потребителей.

    Покупка магнетрона к СВЧ

    Покупая магнетрон самостоятельно, необходимо обязательно знать маркировку. Чтобы не ошибиться при покупке магнетрона на микроволновку LG, нужно ознакомиться с тем, какие они есть. Самая слабая мощность магнетрона 2М213. Он имеет выходную мощность при нагрузке и типичные 700 и 600 Вт соответственно, анодное значение 3,95 кВп, частота 2460 МГц.

    Магнетроны средней стоимости. Основные из них: 2М214.У этой модели частота такая же, анодное значение чуть выше — 4,20 кВп. Выходная мощность под нагрузкой и типовая — 1000 и 850 Вт соответственно.

    Максимальные значения показателей для магнетрона марки 2М246.

    На этой же частоте анодное значение больше — 4,40 кВп, средняя выходная мощность под нагрузкой — 1150 Вт, а типовая мощность — 1000 Вт.

    Можно ли сделать самому?

    Любой тип магнетрона для СВЧ LG Вы можете заменить на такой же у другой фирмы, например, Samsung.Аналогичным образом можно заменить магнетрон для СВЧ «Самсунг» на подходящий силовой элемент другой фирмы. Если модель бытовой СВЧ выпускалась очень давно, то найти запчасть соответствующей марки очень сложно. Возможно, производитель уже отказался от этой точки зрения.

    Но даже если вы знаете принцип работы магнетрона, самостоятельно ремонтировать эту технику в домашних условиях не стоит.

    Купить магнетрон для микроволновки 2M218 JF Daewoo можно заказав в специализированных магазинах или напрямую у производителя.Стоит около 2 тысяч рублей.

    Основа СВЧ

    Нагревание продуктов в СВЧ происходит так: Любая еда содержит молекулы воды; он, в свою очередь, состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. Такие молекулы действуют как диполь, потому что имеют хорошую электрическую волну.

    Заключение

    Частые поломки микроволновых печей — отказмагнетрон. Купить магнетрон для микроволновки LG (как и других производителей данной бытовой техники) и заменить самостоятельно будет довольно проблематично.Даже если подходящий элемент найден, установить его сможет только мастер.

    Перед покупкой устройства следует сравнить его цену со стоимостью самой микроволновки. Часто бывает, что ремонт обойдется дороже покупки. Всегда учитывайте этот фактор.

    Итак, мы разобрались, для чего нужен такой элемент, как магнетрон, и в каких сферах он применяется.

    p >>

    Принцип работы магнетрона

    Магнетрон представляет собой электронную лампу диодного типа , которая может использоваться для получения микроволн с различными частотами.Магнетрон включает анод, нить / катод, антенну и магниты.

    Он классифицируется как диод, потому что в нем нет сетки, как в обычной электронной лампе. Магнитное поле, наложенное на пространство между анодом (пластина) и катодом , служит сеткой. Хотя внешние конфигурации разных магнетронов будут различаться, основные внутренние структуры одинаковы.

    ANODE (или пластина) представляет собой полый цилиндр из железа, из которого внутрь выходит четное количество анодных лопаток.Открытые области трапециевидной формы между каждой из лопаток представляют собой резонансные полости , , которые служат в качестве настроенных цепей и определяют выходную частоту трубки. Анод работает таким образом, что чередующиеся сегменты должны быть соединены или скреплены так, чтобы каждый сегмент был противоположен по полярности сегменту с каждой стороны. Фактически, полости соединены параллельно относительно выхода. Это станет легче понять по мере рассмотрения описания операции.

    FILAMENT (также называемый нагревателем ), который также служит катодом трубки, расположен в центре магнетрона и поддерживается большими и жесткими выводами накала, которые тщательно запечатаны в трубку и экранированы.

    АНТЕННА — это зонд или петля , которая подключена к аноду и проходит в одну из настроенных полостей. Антенна соединена с волноводом — полым металлическим корпусом, в который антенна передает радиочастотную энергию.

    МАГНИТНОЕ ПОЛЕ обеспечивается сильными постоянными магнитами, которые установлены вокруг магнетрона так, чтобы магнитное поле было параллельно оси катода.

    Теория работы магнетрона основана на движении электронов под совместным воздействием электрического и магнитного полей.Чтобы трубка работала, электроны должны течь от катода к аноду. Их траектория определяется двумя фундаментальными законами:

    1. Сила , оказываемая электрическим полем на электрон, пропорциональна напряженности поля. Электроны имеют тенденцию двигаться от точки отрицательного потенциала к положительному. Имеется однородное и прямое движение электронов в электрическом поле без магнитного поля от отрицательного катода к положительному аноду
    2. .
    3. Сила , действующая на электрон в магнитном поле , находится под прямым углом как к самому полю, так и к траектории электрона.Направление силы таково, что электрон движется к аноду по кривой , а не по прямому пути.

    Процесс начинается с подачи низкого напряжения на нить накала, которое вызывает ее нагрев (напряжение накала обычно составляет от 3 до 4 В переменного тока, в зависимости от марки и модели). Помните, что в магнетронной трубке нить накала также является катодом. Повышение температуры вызывает повышение молекулярной активности внутри катода до такой степени, что он начинает «выкипать» или испускать электроны.Электроны, покидающие поверхность нагретой нити накала, можно сравнить с молекулами, покидающими поверхность кипящей воды в виде пара. Однако в отличие от пара электроны не испаряются. Они плавают или парят над поверхностью катода, ожидая некоторого импульса.

    Электроны, будучи отрицательными зарядами, сильно отталкиваются другими отрицательными зарядами. Таким образом, это плавающее облако электронов будет отталкиваться от отрицательно заряженного катода. Расстояние и скорость их перемещения увеличиваются с интенсивностью приложенного отрицательного заряда . Таким образом, импульс создается отрицательным постоянным током на 4000 вольт, который создается посредством высоковольтного трансформатора и удвоения высоковольтного диода и конденсатора. (В среднем 4000 вольт. Фактическое напряжение зависит от производителя и модели.) Отрицательный потенциал 4000 вольт на катоде создает соответствующий положительный потенциал 4000 вольт на аноде. Излишне говорить, что электроны вылетают из катода, как крошечные ракеты.Они ускоряются прямо к положительному аноду или, по крайней мере, пытаются это сделать.

    По мере того, как электроны стремятся к своей цели, они сталкиваются с мощным магнитным полем двух постоянных магнитов. Они расположены так, что их магнитные поля прикладываются параллельно катоду. Влияние магнитных полей имеет тенденцию отклонять ускоряющиеся электроны от анода. Иллюстрация на изображении выше показывает комбинированное влияние электрического и магнитного полей на траекторию электронов.Вместо того, чтобы двигаться прямо к аноду, они изгибаются по траектории почти под прямым углом к ​​своему предыдущему направлению, что приводит к расширяющейся круговой орбите вокруг катода, которая в конечном итоге достигает анода.

    Вихревое облако электронов, находящееся под воздействием высокого напряжения и сильного магнитного поля, образует вращающийся узор, напоминающий спицы в прялке, как показано на Рис. 4 . Взаимодействие этого вращающегося колеса объемного заряда с конфигурацией поверхности анода вызывает протекание переменного тока в резонансных полостях анода.Это объясняется следующим образом. Когда «спица» электронов приближается к анодной лопатке (или сегменту между двумя полостями), она индуцирует положительный заряд в этом сегменте. По мере прохождения электронов положительный заряд уменьшается в первом сегменте, в то время как другой положительный заряд индуцируется в следующем сегменте.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *