Како магнетрон ради и ради

Магнетрон - посебан електронски уређај у коме се генерисање ултрависоких фреквенција осцилација (микроталасних осцилација) врши модулацијом протока електрона у смислу брзине. Магнетрони су у великој мери проширили поље примене грејања струјама високе и ултрависоке фреквенције.

Ређе су амплитрони (платинотрони), клистрони и лампе са путујућим таласима засноване на истом принципу.

Магнетрон је најнапреднији генератор микроталасних фреквенција велике снаге. То је добро евакуисана лампа са електронским снопом контролисаним електричним и магнетним пољем. Они омогућавају добијање веома кратких таласа (до делића центиметра) при значајним снагама.

Магнетрони користе кретање електрона у међусобно окомитим електричним и магнетним пољима створеним у прстенастом зазору између катоде и аноде. Између електрода се примењује анодни напон, стварајући радијално електрично поље под чијим утицајем електрони уклоњени са загрејане катоде јуре ка аноди.

Анодни блок се поставља између полова електромагнета, који ствара магнетно поље у прстенастом зазору усмереном дуж осе магнетрона. Под утицајем магнетног поља, електрон одступа од радијалног правца и креће се дуж сложене спиралне путање. У простору између катоде и аноде формира се ротирајући електронски облак са језицима, који подсећа на главчину точка са жбицама. Пролетећи поред прореза резонатора анодне шупљине, електрони побуђују високофреквентне осцилације у њима.

Пиринач. 1. Магнетронски анодни блок

Сваки од резонатора шупљине је осцилаторни систем са распоређеним параметрима. Електрично поље је концентрисано у прорезима, а магнетно поље је концентрисано унутар шупљине.

Излазна енергија из магнетрона се остварује помоћу индуктивне петље смештене у једном или чешће два суседна резонатора. Коаксијални кабл напаја оптерећење.

Пиринач. 2. Магнетрон уређај

Загревање микроталасним струјама врши се у таласоводима кружног или правоугаоног попречног пресека или у запреминским резонаторима у којима електромагнетни таласи најједноставнији облици ТЕ10 (Х10) (у таласоводима) или ТЕ101 (у резонаторима шупљина). Грејање се такође може вршити емитовањем електромагнетног таласа на грејни објекат.

Магнетрони се напајају исправљеном струјом са поједностављеним исправљачким кругом. Јединице веома мале снаге могу се напајати наизменичном струјом.

Магнетрони могу да раде на различитим фреквенцијама од 0,5 до 100 ГХз, са снагама од неколико В до десетина кВ у континуираном режиму и од 10 В до 5 МВ у импулсном режиму са трајањем импулса углавном од фракција до десетина микросекунди.

Пиринач. 2. Магнетрон у микроталасној пећници

Једноставност уређаја и релативно ниска цена магнетрона, у комбинацији са високим интензитетом загревања и разноврсном применом микроталасних струја, отварају велике перспективе за њихову употребу у различитим областима индустрије, пољопривреде (нпр. инсталације диелектричног грејања) и код куће (микроталасна пећница).

Магнетрон операција

Дакле, то је магнетрон електрична лампа посебан дизајн који се користи за генерисање ултрависокофреквентних осцилација (у опсегу дециметарских и центиметарских таласа).Његова карактеристика је употреба сталног магнетног поља (за стварање неопходних путања за кретање електрона унутар лампе), од по коме је магнетрон добио име.

Вишекоморни магнетрон, чију идеју је први предложио М. А. Бонцх-Бруевич, а реализовали совјетски инжењери Д. Е. Маљаров и Н. Ф. Алексејев, је комбинација електронске цеви са запреминским резонаторима. У магнетрону постоји неколико ових шупљинских резонатора, због чега се овај тип назива вишекоморни или вишешупљински.

Принцип дизајна и рада вишекоморног магнетрона је следећи. Анода уређаја је масивни шупљи цилиндар, у чијој унутрашњој површини је направљен низ шупљина са рупама (ове шупљине су запремински резонатори), катода се налази дуж осе цилиндра.

Магнетрон је постављен у стално магнетно поље усмерено дуж осе цилиндра. На електроне који излазе са катоде на страни овог магнетног поља утичу Лоренцова сила, који савија путању електрона.

Магнетно поље је одабрано тако да се већина електрона креће дуж закривљених путања које не додирују аноду. Ако се појаве камере уређаја (шупљински резонатори). електричне вибрације (мале флуктуације запремине се увек јављају из различитих разлога, на пример, као резултат укључивања анодног напона), тада наизменично електрично поље постоји не само унутар комора, већ и споља, у близини рупа (прореза).

Електрони који лете у близини аноде падају у ова поља и, у зависности од смера поља, или убрзавају или успоравају у њима. Када се електрони убрзавају пољем, они узимају енергију из резонатора, напротив, када су успорени, предају део своје енергије резонаторима.

Када би број убрзаних и успорених електрона био исти, онда у просеку не би давали енергију резонаторима. Али електрони, који су успорени, тада имају мању брзину од оне коју добијају када се крећу ка аноди. Због тога више немају довољно енергије да се врате на катоду.

Напротив, они електрони који су убрзани резонаторским пољем тада поседују енергију већу од оне која је потребна за повратак на катоду. Због тога ће се електрони који се, улазећи у поље првог резонатора у њему убрзати, вратити на катоду, а они који су у њој успорени неће се вратити на катоду, већ ће се кретати закривљеним путањама у близини аноде и пасти. у поље следећих резонатора.

При одговарајућој брзини кретања (која је некако повезана са фреквенцијом осцилација у резонаторима) ови електрони ће пасти у поље другог резонатора са истом фазом осциловања у њему као и у пољу првог резонатора, дакле , у пољу другог резонатора , они ће такође успорити.

Дакле, уз одговарајући избор брзине електрона, тј.анодног напона (као и магнетног поља које не мења брзину електрона, већ мења његов смер), могуће је постићи такву ситуацију да ће појединачни електрон или бити убрзан пољем само једног резонатора, или успорен пољем неколико резонатора.

Дакле, електрони ће у просеку давати више енергије резонаторима него што ће им одузимати, односно осцилације које се јављају у резонаторима ће се повећати и, на крају, у њима ће се успоставити осцилације константне амплитуде.

Процес одржавања осцилација у резонаторима, који се код нас упрошћено разматра, прати још једна важна појава, пошто електрони, да би били успорени пољем резонатора, морају да улете у ово поље у одређеној фази осциловања. резонатора, очигледно је да се морају кретати у неуједначеном току (т. тада би ушли у поље резонатора у било ком тренутку, не у одређено време, већ у облику појединачних снопова.

За ово, цео ток електрона мора бити попут звезде, у којој се електрони крећу у одвојеним сноповима, а цела звезда као целина ротира око осе магнетрона таквом брзином да њени снопови долазе у сваку комору на правим тренуцима. Процес формирања одвојених зрака у електронском снопу назива се фазно фокусирање и одвија се аутоматски под дејством променљивог поља резонатора.

Савремени магнетрони су способни да створе вибрације до највиших фреквенција у центиметарском опсегу (таласи до 1 цм па чак и краће) и испоручују снагу до неколико стотина вати са континуираним зрачењем и неколико стотина киловата са импулсним зрачењем.

Такође видети:Примери употребе трајних магнета у електротехници и енергетици