Paano gumagana at gumagana ang magnetron

Magnetron - isang espesyal na elektronikong aparato kung saan ang henerasyon ng mga ultra-high-frequency oscillations (microwave oscillations) ay isinasagawa sa pamamagitan ng modulate ng electron flow sa mga tuntunin ng bilis. Ang mga magnetron ay lubos na pinalawak ang larangan ng aplikasyon ng pagpainit na may mataas at ultra-high frequency na alon.

Ang mga amplitron (platinotrons), klystron at traveling wave lamp batay sa parehong prinsipyo ay hindi gaanong karaniwan.

Ang magnetron ay ang pinaka-advanced na generator ng high power microwave frequency. Ito ay isang well evacuated lamp na may electron beam na kinokontrol ng isang electric at magnetic field. Ginagawa nilang posible na makakuha ng napakaikling mga alon (hanggang sa mga fraction ng isang sentimetro) sa makabuluhang kapangyarihan.

Ginagamit ng mga magnetron ang paggalaw ng mga electron sa magkabilang patayo na electric at magnetic field na nilikha sa annular gap sa pagitan ng cathode at anode. Ang isang anodic na boltahe ay inilalapat sa pagitan ng mga electrodes, na lumilikha ng isang radial electric field sa ilalim ng impluwensya kung saan ang mga electron ay tinanggal mula sa pinainit na katod na nagmamadali sa anode.

Ang anode block ay inilalagay sa pagitan ng mga pole ng isang electromagnet, na lumilikha ng magnetic field sa annular gap na nakadirekta sa kahabaan ng axis ng magnetron. Sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field, ang electron ay lumihis mula sa direksyon ng radial at gumagalaw kasama ang isang kumplikadong tilapon ng spiral. Sa puwang sa pagitan ng cathode at anode, nabuo ang isang umiikot na ulap ng elektron na may mga dila, na nakapagpapaalaala sa hub ng isang gulong na may mga spokes. Lumilipad na lampas sa mga puwang ng anode cavity resonator, ang mga electron ay nakaka-excite ng mga high-frequency oscillations sa kanila.

kanin. 1. Magnetron anode block

Ang bawat isa sa mga cavity resonator ay isang oscillatory system na may mga ipinamamahagi na mga parameter. Ang electric field ay puro sa mga puwang at ang magnetic field ay puro sa loob ng cavity.

Ang output ng enerhiya mula sa magnetron ay natanto sa pamamagitan ng isang inductive loop na inilagay sa isa o mas madalas na dalawang katabing resonator. Ang coaxial cable ay nagbibigay ng kapangyarihan sa load.

kanin. 2. Magnetron device

Ang pag-init gamit ang mga alon ng microwave ay isinasagawa sa mga waveguides na may pabilog o hugis-parihaba na cross-section o sa mga volume resonator kung saan mga electromagnetic wave ang pinakasimpleng anyo ng TE10 (H10) (sa mga waveguides) o TE101 (sa mga cavity resonator). Ang pag-init ay maaari ding gawin sa pamamagitan ng pagpapalabas ng electromagnetic wave sa heating object.

Ang mga magnetron ay pinapagana ng rectified current na may pinasimple na rectifier circuit. Ang napakababang mga yunit ng kuryente ay maaaring pinapagana ng AC.

Maaaring gumana ang mga magnetron sa iba't ibang frequency mula 0.5 hanggang 100 GHz, na may mga kapangyarihan mula sa ilang W hanggang sampu-sampung kW sa tuloy-tuloy na mode at mula 10 W hanggang 5 MW sa pulsed mode na may mga tagal ng pulso pangunahin mula sa mga fraction hanggang sampu-sampung microsecond.

kanin. 2. Magnetron sa microwave oven

Ang pagiging simple ng aparato at ang medyo mababang halaga ng mga magnetron, na sinamahan ng mataas na intensity ng pag-init at magkakaibang mga aplikasyon ng mga alon ng microwave, ay nagbubukas ng mahusay na mga prospect para sa kanilang paggamit sa iba't ibang larangan ng industriya, agrikultura (halimbawa, sa mga pag-install ng dielectric heating) at sa bahay (microwave oven).

Pagpapatakbo ng magnetron

Kaya ito ang magnetron electric lamp isang espesyal na disenyo na ginagamit upang makabuo ng mga ultra-high-frequency oscillations (sa hanay ng decimeter at centimeter waves). Ang katangian nito ay ang paggamit ng permanenteng magnetic field (upang lumikha ng mga kinakailangang landas para sa paggalaw ng mga electron sa loob ng lampara), mula sa na nakuha ng magnetron ang pangalan nito.

Ang multi-chamber magnetron, ang ideya kung saan unang iminungkahi ni M. A. Bonch-Bruevich at natanto ng mga inhinyero ng Sobyet na D. E. Malyarov at N. F. Alekseev, ay isang kumbinasyon ng isang electron tube na may mga volume resonator. Mayroong ilan sa mga cavity resonator na ito sa isang magnetron, kaya naman ang ganitong uri ay tinatawag na multi-chamber o multi-cavity.

Ang prinsipyo ng disenyo at pagpapatakbo ng isang multi-chamber magnetron ay ang mga sumusunod. Ang anode ng aparato ay isang napakalaking guwang na silindro, sa panloob na ibabaw kung saan ang isang bilang ng mga cavity na may mga butas ay ginawa (ang mga cavity na ito ay mga volume resonator), ang cathode ay matatagpuan sa kahabaan ng axis ng silindro.

Ang magnetron ay inilalagay sa isang permanenteng magnetic field na nakadirekta sa axis ng silindro. Ang mga electron na tumatakas mula sa cathode sa gilid ng magnetic field na ito ay apektado ng Lorentz force, na bumabaluktot sa landas ng mga electron.

Ang magnetic field ay pinili upang ang karamihan sa mga electron ay gumagalaw sa mga hubog na landas na hindi hawakan ang anode. Kung lumitaw ang mga camera ng device (cavity resonator). mga panginginig ng kuryente (Ang mga maliliit na pagbabagu-bago sa mga volume ay palaging nangyayari para sa iba't ibang mga kadahilanan, halimbawa, bilang isang resulta ng pag-on ng anode boltahe), pagkatapos ay ang isang alternating electric field ay umiiral hindi lamang sa loob ng mga silid, kundi pati na rin sa labas, malapit sa mga butas (mga puwang).

Ang mga electron na lumilipad malapit sa anode ay nahuhulog sa mga patlang na ito at, depende sa direksyon ng patlang, maaaring mapabilis o bumabawas sa kanila. Kapag ang mga electron ay pinabilis ng isang field, kumukuha sila ng enerhiya mula sa mga resonator, sa kabaligtaran, kapag sila ay na-decelerate, binibigyan nila ang ilan sa kanilang enerhiya sa mga resonator.

Kung ang bilang ng mga pinabilis at decelerated na mga electron ay pareho, kung gayon sa karaniwan ay hindi sila magbibigay ng enerhiya sa mga resonator. Ngunit ang mga electron, na pinabagal, pagkatapos ay may mas mababang bilis kaysa sa nakukuha nila kapag lumilipat sa anode. Samakatuwid, wala na silang sapat na enerhiya upang bumalik sa katod.

Sa kabaligtaran, ang mga electron na iyon na pinabilis ng patlang ng resonator ay nagtataglay ng enerhiya na mas malaki kaysa sa kinakailangan upang bumalik sa katod. Samakatuwid, ang mga electron na, pumapasok sa larangan ng unang resonator, ay pinabilis dito, ay babalik sa katod, at ang mga pinabagal dito ay hindi babalik sa katod, ngunit lilipat sa mga hubog na landas malapit sa anode at mahulog. sa larangan ng mga sumusunod na resonator.

Sa isang angkop na bilis ng paggalaw (na kahit papaano ay nauugnay sa dalas ng mga oscillations sa mga resonator), ang mga electron na ito ay mahuhulog sa larangan ng pangalawang resonator na may parehong yugto ng mga oscillations dito tulad ng sa larangan ng unang resonator, samakatuwid , sa larangan ng pangalawang resonator , babagal din sila.

Kaya, na may angkop na pagpipilian ng bilis ng elektron, i.e.anode boltahe (pati na rin ang magnetic field, na hindi nagbabago sa bilis ng elektron, ngunit nagbabago ng direksyon nito), posible na makamit ang ganoong sitwasyon na ang isang indibidwal na elektron ay maaaring mapabilis ng larangan ng isang resonator lamang, o decelerated ng field ng ilang resonator.

Samakatuwid, ang mga electron ay, sa karaniwan, ay magbibigay ng mas maraming enerhiya sa mga resonator kaysa sa kanilang aalisin mula sa kanila, iyon ay, ang mga oscillations na nagaganap sa mga resonator ay tataas at, sa kalaunan, ang mga oscillations ng pare-pareho ang amplitude ay itatatag sa kanila.

Ang proseso ng pagpapanatili ng mga oscillations sa mga resonator, na isinasaalang-alang namin sa isang pinasimple na paraan, ay sinamahan ng isa pang mahalagang kababalaghan, dahil ang mga electron, upang mapabagal ng field ng resonator, ay dapat lumipad sa larangan na ito sa isang tiyak na yugto ng oscillation. ng resonator, malinaw naman na dapat silang lumipat sa isang hindi pare-parehong daloy (t. pagkatapos ay papasok sila sa field ng resonator anumang oras, hindi sa ilang partikular na oras, ngunit sa anyo ng mga indibidwal na bundle.

Para dito, ang buong stream ng mga electron ay dapat na parang isang bituin, kung saan ang mga electron ay gumagalaw sa loob sa magkahiwalay na mga beam, at ang buong bituin sa kabuuan ay umiikot sa paligid ng axis ng magnetron sa isang bilis na ang mga beam nito ay pumasok sa bawat silid sa mga tamang sandali. Ang proseso ng pagbuo ng hiwalay na mga beam sa electron beam ay tinatawag na phase focus at awtomatikong isinasagawa sa ilalim ng pagkilos ng variable na field ng mga resonator.

Ang mga modernong magnetron ay may kakayahang lumikha ng mga vibrations hanggang sa pinakamataas na frequency sa hanay ng sentimetro (mga alon hanggang 1 cm at mas maikli pa) at naghahatid ng kapangyarihan hanggang sa ilang daang watts na may tuluy-tuloy na radiation at ilang daang kilowatts na may pulsed radiation.

Tingnan din:Mga halimbawa ng paggamit ng mga permanenteng magnet sa electrical engineering at enerhiya