Diagrama de funcționare a magnetronului. În ce constă un cuptor cu microunde și cum funcționează? Principiul de funcționare și proiectare a magnetronului

Magnetronii sunt folosiți pentru a produce oscilații de înaltă frecvență. Sunt indispensabile în electronică și inginerie radio; instalat în stații radar, pentru încălzire de înaltă frecvență, pentru a accelera particulele încărcate. Funcționarea unui magnetron se bazează pe interacțiunea câmpurilor electrice și magnetice puternice, care are ca rezultat generarea de oscilații de înaltă frecvență. Cel mai popular tip de magnetron este magnetronul multicavitate.

Proiectarea unui magnetron multicavitate

Baza sa este blocul anodic, care este un cilindru de cupru tubular cu pereți groși, în pereții căruia sunt decupate cavități, conectate la spațiul central prin fante. Aceste cavități reprezintă un sistem inelar de rezonatoare volumetrice.

O gaură rotundă largă este forată în centrul blocului anodic, prin care sursa de alimentare este conectată prin cabluri speciale la catod (filament încălzit), care se desfășoară de-a lungul axei centrale a anodului. Ieșirea oscilațiilor de înaltă frecvență este instalată într-unul dintre rezonatoare. Capetele cilindrului sunt sigilate ermetic cu capace de cupru, iar in interior este asigurat un grad ridicat de vid. Răcirea eficientă a unității este asigurată de radiatoarele cu aripioare amplasate pe suprafața acesteia.

Principiul de funcționare al magnetronului

Întregul bloc anodic este instalat într-un câmp magnetic puternic, care este creat de magneți permanenți. Între catod și anod se stabilește o tensiune electrică ridicată, polul pozitiv fiind aplicat anodului. Electronii care zboară din catod sub influența unui câmp electric se deplasează în direcție radială spre anod, dar sub influența unui câmp magnetic își schimbă traiectoria.

La anumite valori ale câmpurilor magnetice și electrice, este posibil să se realizeze o stare în care electronii, descriind un cerc, trecând în cele din urmă pe lângă anod, revin din nou la catod și doar o mică parte din electronii emiși ajung. anodul. Cei mai mulți dintre ei se întorc înapoi în regiunea catodică.

În anumite condiții de echilibru dinamic, electronii care se întorc în regiunea catodului sunt înlocuiți cu cei emiși din nou. Deoarece electronii se deplasează în mod constant de la catod la anod, lângă acesta din urmă, lângă fantele rezonatoarelor volumetrice, este instalată o sarcină în formă de inel care se rotește constant. Pe măsură ce se deplasează în jurul circumferinței cavității centrale a blocului anodic, electronii excită oscilații de înaltă frecvență neamortizate în fiecare rezonator.

Aceste oscilații sunt transmise prin intermediul unei bobine de fire situate în cavitatea unuia dintre rezonatoare, care sunt apoi transmise unei linii coaxiale sau unui ghid de undă.

AGENȚIA FEDERALĂ DE EDUCAȚIE A FEDERĂȚIA RUSĂ

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE RADIO DE STAT RYAZAN

Departamentul de PE

Lucrări educaționale și de cercetare

Magnetroni și girotroni

Efectuat:

Chunikhina A.D.

Ryazan 2010

1. Principalele tipuri

1.1 Magnetroni

1.2 Girotroni

2. Principalele caracteristici

2.1 Magnetroni

2.2 Girotroni

3. Principiul de funcționare

3.1 Magnetroni

3.2 Girotroni

1. Principalele tipuri

1.1 Magnetroni

Magnetronul (din grecescul μαγνήτης - magnet și electron) este un dispozitiv electric de vid pentru generarea de unde radio de frecvență ultra-înaltă (micunde, microunde), în care interacțiunea electronilor cu componenta electrică a câmpului de microunde are loc într-un spațiu în care un câmpul magnetic constant este perpendicular pe un câmp electric constant. Cele mai cunoscute aplicații ale magnetronilor sunt radarele și cuptoarele cu microunde de uz casnic.

Diverse tipuri de magnetroni: în domeniul de tensiune 0,4...1,0 MV și curenți de la 2 la 30 kA cu durata impulsului de la 50 la 1000 ns.

A) Magnetroni cu blocuri anodice multi-rezonatoare, constând din rezonatoare identice, rezonatoare diferite de tip lamă și de tip slot-hole. În intervalul de lungimi de undă de 10 cm, acești magnetroni au o eficiență de 20...30% la un nivel de putere gigawatt în impulsuri cu o durată de 30...100 ns și o bandă de frecvență generată de 2%. Radiația cu microunde este emisă lateral printr-o fantă de cuplare dintr-unul dintre rezonatoare.

B) Magnetroni inversați și coaxiali inversați - produc impulsuri de microunde cu o durată de 500...700 ns cu o energie de până la 250 J.

Un magnetron este un dispozitiv electronic special în care generarea de oscilații de ultra-înaltă frecvență (oscilații cu microunde) se realizează prin modularea fluxului de electroni în viteză. Magnetronii au extins semnificativ domeniul de aplicare a încălzirii cu curenți de înaltă și ultraînaltă frecvență.
Mai puțin obișnuite sunt amplitronii (platinotronii), klystronii și tuburile cu undă călătorie bazate pe același principiu.

Magnetronul este cel mai avansat generator de ultra-înaltă frecvență de putere. Este un tub bine evacuat cu fluxul de electroni controlat de câmpuri electrice și magnetice. Ele fac posibilă obținerea de unde foarte scurte (până la fracțiuni de centimetru) la puteri semnificative.

Magnetronii folosesc mișcarea electronilor în câmpuri electrice și magnetice reciproc perpendiculare create în spațiul inelar dintre catod și anod. Între electrozi se aplică o tensiune de anod, creând un câmp electric radial, sub influența căruia electronii ejectați din catodul încălzit se repetă spre anod.

Blocul anodic este plasat între polii unui electromagnet, care creează un câmp magnetic în golul inelar îndreptat de-a lungul axei magnetronului. Sub influența unui câmp magnetic, electronul se abate de la direcția radială și se deplasează de-a lungul unei traiectorii spiralate complexe. În spațiul dintre catod și anod se formează un nor de electroni rotativ cu limbi, care amintește de butucul unei roți cu spițe. Zburând pe lângă fantele rezonatoarelor volumetrice anodice, electronii excită oscilații de înaltă frecvență în ei.

Orez. 1. Bloc anod magnetron

Fiecare dintre rezonatoarele volumetrice este un sistem oscilator cu parametri distribuiți. Câmpul electric este concentrat la fante, iar câmpul magnetic este concentrat în interiorul cavității.

Energia este îndepărtată din magnetron folosind o buclă inductivă plasată într-unul sau de mai multe ori două rezonatoare adiacente. Cablul coaxial furnizează energie sarcinii.

Orez. 2. Design cu magnetron

Încălzirea prin curenți de microunde se realizează în ghiduri de undă cu secțiune transversală rotundă sau dreptunghiulară sau în rezonatoare volumetrice, în care sunt excitate cele mai simple forme TE10(H10) (în ghiduri de undă) sau TE101 (în rezonatoare volumetrice). Încălzirea poate fi efectuată și prin emiterea unei unde electromagnetice pe obiectul de încălzire.

Magnetronii sunt alimentați de curent redresat cu un circuit de redresor simplificat. Instalațiile de foarte mică putere pot fi alimentate cu curent alternativ.

Magnetronii pot funcționa la diferite frecvențe de la 0,5 la 100 GHz, cu puteri de la câțiva W la zeci de kW în modul continuu și de la 10 W la 5 MW în modul pulsat cu durate de impuls în principal de la fracțiuni la zeci de microsecunde.

Un magnetron este un dispozitiv cu microunde generator, vid, cu doi electrozi, în care mișcarea electronilor are loc în câmpuri electrice și magnetice încrucișate. Înainte de a ne familiariza cu funcționarea magnetronului, este necesar să ne amintim legile interacțiunii electronilor cu câmpurile electrice și magnetice, ceea ce vom face în acest moment.

Mișcarea electronilor într-un câmp electric

În fig. Figura 1 prezintă trei cazuri de bază ale mișcării unui singur electron într-un câmp electric uniform creat de doi electrozi plati, desemnați anod (+) și catod (-).

Orez. 1. Opțiuni pentru mișcarea electronilor într-un câmp electric constant

În primul caz (Fig. 1 a), un electron zboară în câmp, rupându-se de catodul încărcat negativ. Pentru un astfel de electron câmpul se va accelera. Acționează asupra electronului cu o forță constantă și îl face să se miște cu accelerație de-a lungul liniilor de forță ale câmpului. În același timp, energia cinetică a electronului crește. Dacă atinge punctul de accelerație fără a avea o viteză inițială, atunci, la atingerea anodului, capătă o viteză egală cu:

Unde U- tensiunea dintre anod si catod.

După cum vedem, viteza electronului nu depinde de distanța parcursă, ci este determinată numai de diferența de potențial. După cum știți, energia nu vine din nimic. Electronul preia energia cinetică dobândită din câmp. Prin mutarea sarcinii negative de la catod la anod, electronul a redus sarcina ambilor electrozi și, prin urmare, a redus intensitatea câmpului dintre ei.

Dacă un electron zboară în fund din partea anodului (Fig. 1.6), având o anumită viteză inițială, atunci câmpul va decelera pentru el. Viteza electronului și energia lui cinetică în câmpul de frânare scad, deoarece în acest caz munca nu este făcută de forțele de câmp, ci de electronul însuși, care, datorită energiei sale, învinge rezistența câmpului. Energia pierdută de electron merge în câmp.

Având o cantitate suficientă de energie, electronul poate ajunge la catod, în ciuda acțiunii câmpurilor de sorbție de frânare. Dar dacă, înainte de a ajunge la electrodul opus, electronul își cheltuie energia cinetică, viteza sa va fi egală cu zero, iar atunci electronul se va mișca în direcția opusă. În același timp, câmpul îi returnează energia pe care a pierdut-o în timpul încetinirii.

Acum să luăm în considerare cazul când un electron zboară într-un câmp electric, având o viteză inițială îndreptată într-un unghi față de liniile de forță ale câmpului (Fig. 1 c). Pe lângă schimbarea vitezei electronului, se va schimba și direcția mișcării acestuia, astfel încât traiectoria electronului devine curbilinie. Electronul, sub influența forțelor câmpului, este deviat către un potențial pozitiv.

Pentru a simplifica lucrurile, de obicei se presupune că curentul din circuitul extern al unui dispozitiv electronic cu vid apare atunci când electronii lovesc anodul. În realitate, curentul curge, de asemenea, pe măsură ce electronii se deplasează de la catod la anod. Pentru a înțelege acest lucru, să ne amintim fenomenul inducției electrostatice.

Să existe un conductor neutru din punct de vedere electric (Fig. 2 a), spre un capăt al căruia se apropie o sarcină electrică negativă e. Atunci electronii prezenți în conductor, respinși de sarcina e, se vor deplasa spre capătul îndepărtat și un negativ taxa se va forma acolo. La capătul cel mai apropiat de sarcină va exista o lipsă de electroni, adică. sarcină pozitivă.

Orez. 2.

Procesul de redistribuire a sarcinii nu este altceva decât un curent electric, prin urmare, pe baza experimentului nostru de gândire, putem trage o concluzie generală: dacă o sarcină electrică negativă se apropie sau se îndepărtează de un conductor, atunci apare un curent în acest conductor, direcția care coincide cu direcția de mișcare a sarcinii. În dispozitivele electronice, funcția de sarcină inductivă este îndeplinită de electronii care se deplasează de la catod la anod, iar curentul rezultat în circuitul extern se numește indus.

În electronica cu microunde, curenții induși sunt folosiți pe scară largă pentru a excita oscilații în rezonatoare, care sunt o parte integrantă a majorității dispozitivelor cu microunde. Ca exemplu, luați în considerare circuitul electric din Fig. 2 b. Aici, plăcile de condensator sunt plasate în zona dintre anod și catod cu o gaură în centru, astfel încât electronii să poată trece prin ea nestingheriți. În circuitul extern, plăcile sunt închise la un inductor, formând un circuit oscilator.

Să presupunem că electronii sunt emiși de catod unul câte unul. Apoi, primul electron care zboară pe lângă plăcile condensatorului va provoca un curent indus în circuitul extern și vor apărea oscilații electrice în circuit. Pe lângă componenta constantă a câmpului electric, între plăci va apărea o componentă alternativă. Dacă după aceasta eliberăm un alt electron, atunci în regiunea de interes pentru noi va primi fie o accelerație suplimentară atunci când câmpul alternativ coincide în direcția celui constant, fie invers - va încetini în cazul orientării opuse a câmpuri.

În acest din urmă caz, electronul va ceda o parte din energia sa circuitului, mărind amplitudinea oscilațiilor sale. Eliberând electroni în așa fel încât să cadă de fiecare dată în câmpul electric de frânare al circuitului, putem excita în acesta oscilații de orice amplitudine pe care o oferă factorul său de calitate.

Dacă electronii zboară în spațiul dintre plăci în momentul în care există un câmp de accelerație, atunci al doilea electron va stinge oscilațiile excitate de primul și atunci totul se va întâmpla în același spirit: un electron va face lucru, celălalt. o va distruge. Aproape ca în viață: o persoană, transpirată și blestemând alfabetizarea universală, curăță liftul de inscripții, a doua, cu nu mai puțină tenacitate, le restabilește. Ambele funcționează, dar, lucrând în antifază, bogăția națională a țării nu crește.

Mișcarea electronilor într-un câmp magnetic

Un electron în mișcare reprezintă un curent elementar și, prin urmare, experimentează același efect din câmpul magnetic ca un conductor cu curent. Din inginerie electrică se știe că un conductor drept care poartă curent, situat într-un câmp magnetic, este acționat de o forță mecanică direcționată în unghi drept cu liniile de forță magnetice și către conductor. Această forță este proporțională cu puterea câmpului, mărimea curentului și lungimea conductorului și depinde, de asemenea, de unghiul dintre conductor și direcția câmpului. Cel mai mare va fi dacă conductorul este situat perpendicular pe liniile de forță; dacă conductorul este situat de-a lungul liniilor de câmp, atunci forța este zero.

Când un electron dintr-un câmp magnetic este staționar sau se mișcă de-a lungul liniilor sale de forță, atunci câmpul magnetic nu acționează deloc asupra lui. În fig. Figura 3 arată ce se întâmplă cu un electron care zboară cu o viteză inițială V® într-un câmp magnetic uniform, perpendicular pe liniile sale de forță. Sub influența forțelor din câmpul magnetic, traiectoria sa este îndoită și începe să se miște de-a lungul unui arc circular. În același timp, viteza și energia cinetică nu se modifică. Raza cercului de-a lungul căruia se mișcă electronul este determinată de formula:

Unde mȘi e- masa și sarcina electronului, Vo - viteza electronului, H - intensitatea câmpului magnetic.

Orez. 3. Efectul unui câmp magnetic constant asupra unui electron în mișcare

Design cu magnetron

Dispozitivul magnetron este prezentat în Fig. 4.

Orez. 4 Design magnetron cuptor cu microunde.

Este o diodă în vid, al cărei anod este realizat sub forma unui cilindru de cupru, pe partea interioară a căruia există un număr par de rezonatoare. De obicei, sunt zece în magnetroni pentru cuptoarele cu microunde. Forma rezonatoarelor poate fi diferită, dar trebuie să aibă următoarele calități:

1. Câmpul electric este concentrat predominant în spațiul rezonatorului.
2. Toate rezonatoarele sunt puternic cuplate între ele.
3. Factorul de înaltă calitate.

În cele ce urmează, pentru simplitate, vom lua în considerare un singur design de magnetron, care este tipic pentru cuptoarele cu microunde. Rezonatoarele în acest caz sunt sectoare ale cilindrului. În comparație cu alte modele, acesta este mai avansat din punct de vedere tehnologic și mai economic.

Partițiile pare și impare dintre rezonatoare sunt conectate între ele prin ligamente, al căror scop îl vom afla mai târziu. Catodul este o spirală de wolfram a cărei suprafață este rugoasă pentru a crește emisia. Cablurile catodice sunt conectate la un conector extern printr-o joncțiune metal-ceramică și un filtru de înaltă frecvență. Decalajul dintre anod și catod, numit spațiu de interacțiune, este limitat la capete de plăci metalice care împiedică electronii și câmpul de microunde să scape din acest spațiu. Pentru a extrage energie, o buclă de cuplare magnetică este conectată lângă unul dintre rezonatori, care este conectat la emițător printr-o secțiune de ghid de undă coaxial. Câmpul magnetic din spațiul de interacțiune este creat de doi magneți permanenți inelari și un miez magnetic, care este carcasa și flanșa.

Principiul de funcționare al magnetronului

Să luăm în considerare mai întâi mișcarea electronilor în magnetron, presupunând că nu există oscilații în rezonatoare. Pentru a simplifica, vom reprezenta anodul fără rezonatoare (Fig. 5), ca și cum ar fi fost uitat să le facă.

Orez. 5. Mișcarea electronilor în spațiul de interacțiune la diferite câmpuri magnetice de inducție

Sub influența unui câmp electric accelerat, electronii tind să zboare de-a lungul liniilor sale de câmp, adică. de-a lungul razelor de la catod la anod. Dar de îndată ce câștigă o oarecare viteză, un câmp magnetic constant începe să le îndoaie traiectoriile. Deoarece viteza electronilor crește treptat, raza acestei curburi crește treptat. Prin urmare, traiectoria electronilor nu este un arc circular, ci o curbă mai complexă - o cicloidă.

Figura prezintă traiectoriile electronilor emiși de catod cu o viteză inițială neglijabilă la diferite intensități ale câmpului magnetic H. Tensiunea anodului este aceeași în toate cazurile. Dacă nu există câmp magnetic, atunci electronul zboară strict de-a lungul razei (traiectoria 1 din figură). Când intensitatea câmpului este mai mică decât o anumită valoare critică H cr, electronul lovește anodul de-a lungul unei căi curbe 2. Intensitatea câmpului critic corespunde unei căi mai curbe 3. În acest caz, electronul zboară lângă suprafața anodului , aproape atingându-l, și revine la catod. În cele din urmă, dacă câmpul este mai mare decât cel critic, atunci electronul se întoarce și mai brusc înapoi (curba 4).

Magnetronii funcționează la intensități de câmp ușor mai mari decât cele critice. Prin urmare, în absența oscilațiilor, electronii zboară aproape de suprafața anodului la diferite distanțe de acesta, în funcție de viteza inițială. Deoarece un număr foarte mare de electroni se mișcă simultan, putem presupune că un nor de electroni sub formă de inel se rotește în spațiul de interacțiune (Fig. 6).

Orez. 6. Nor de electroni rotativ în spațiul de interacțiune

Viteza de rotație a norului de electroni depinde de tensiunea aplicată și, prin urmare, poate fi ajustată. Pentru a preveni ca electronii să ajungă la anod atunci când acesta crește, este necesară creșterea simultană a intensității câmpului magnetic.

Acum să ne punem rezonatoarele la loc. Toate sunt strâns legate între ele, deoarece câmpul magnetic al fiecăruia dintre ele este închis, trecând prin rezonatoare adiacente (Fig. 7).

Orez. 7. Comunicarea între rezonatoarele cu magnetron folosind un câmp magnetic

Puterea electrică alternativă din rezonatoarele cu magnetron este concentrată în regiunea golului și o parte semnificativă a acesteia pătrunde în regiunea de interacțiune, care este de o importanță fundamentală în funcționarea magnetronului. Mișcarea norului de electroni în spațiul de interacțiune va induce curenți în rezonatoare.

Cu toate acestea, la momentul inițial, creșterea amplitudinii oscilațiilor va fi restrânsă de faptul că mișcarea electronilor nu este sincronizată și, în timp ce unii electroni vor excita oscilații, oferindu-le o parte din energia lor cinetică, alții vor atenua aceste oscilații. . În plus, dacă schimbarea de fază în rezonatoarele vecine nu este sincronizată cu viteza electronilor, atunci același electron, dând energie unui rezonator, îl va îndepărta imediat de la altul.

De obicei, pentru funcționarea normală a unui magnetron este necesar ca fazele rezonatoarelor vecine să fie deplasate cu 180°, adică cu π radiani. Prin urmare, acest tip de oscilație se numește tip π. Pentru a promova excitația de acest tip și pentru a preveni excitarea altora, magnetronul folosește conectori metalici care conectează electric rezonatoarele pare și ciudate între ele.

Să presupunem că la un moment dat, în rezonatoare au apărut aleatoriu oscilații de tipul de care avem nevoie (Fig. 8). Vom încerca să demonstrăm că cu moduri de magnetron setate corect, aceste oscilații vor fi amplificate datorită grupării automate a electronilor.

Er- componenta radiala a campului de microunde
Ek- componenta tangentiala a campului de microunde
Ea- câmp creat de tensiunea anodului

Orez. 8 Distribuția liniilor de câmp electric alternativ în spațiul de interacțiune

În orice punct al spațiului de interacțiune, putem considera câmpul de microunde ca suma a două componente: una radială - îndreptată de-a lungul razei din centrul magnetronului și o componentă tangenţială perpendiculară pe aceasta. Privind Fig. 8, puteți observa următoarea trăsătură caracteristică: în întreg spațiul situat sub segmentul negativ, componenta radială a câmpului este îndreptată spre catod, iar în întreg spațiul de sub segmentul pozitiv este îndreptată către anod (câmpul este considerat îndreptat în direcția în care electronul se mișcă sub influența acestui câmp ). Limitele care separă aceste spații sunt plane care trec prin axa magnetronului și mijlocul fantelor.

Să notăm unul dintre aceste planuri cu literele AA. La stânga acestui plan, componenta radială va accelera electronii, deoarece coincide în semn cu tensiunea constantă a anodului. Deoarece direcția vitezei se schimbă sub influența unui câmp magnetic, după un timp creșterea vitezei pe direcția radială se transformă într-o creștere a vitezei spre planul AA.

Prin urmare, electronii aflați sub segmentul pozitiv ajung din urmă cu electronii aflați în planul AA. Electronii aflați sub polul negativ sunt încetiniți de componenta radială a câmpului de microunde, astfel încât viteza lor în direcția de mișcare a norului de electroni scade. Ca rezultat, se formează regiuni de clustere de electroni, în formă de spițe ale unei roți, așa cum se arată în Fig. 9. Aceste spițe se rotesc cu o astfel de viteză încât într-o jumătate de perioadă acoperă distanța de la un slot de rezonator la altul.

Orez. 9. Forma unui nor de electroni rotativ într-un magnetron de lucru

În acest caz, electronii aflați în spițe, care zboară peste fantele rezonatoarelor, pot cădea în mod constant în câmpul de frânare al componentei tangențiale și îi pot da energia acumulată în timpul mișcării de-a lungul componentei radiale. Astfel, rolul principal al componentei tangențiale a câmpului cu microunde este de a transforma energia cinetică a electronilor în energie vibrațională, iar rolul principal al componentei radiale este de a transforma un nor uniform de electroni într-o roată de cărucior.

Să luăm în considerare mai detaliat mișcarea unui electron individual în două cazuri: când se află în spiță și când este în afara acesteia. După cum sa menționat deja, în absența unui câmp de microunde, un electron ejectat din catod cu o viteză egală cu zero va face o tură de victorie lângă anod și va reveni din nou la catod. Mai mult, viteza la sfârșitul călătoriei va fi aceeași ca la început, adică. în cazul nostru, zero.

În prezența unui câmp de microunde, sunt posibile două cazuri:

1. Să presupunem că electronul se află în regiunea spiței. Apoi, după părăsirea catodului, acesta va fi accelerat de tensiunea anodului și, datorită câmpului magnetic, va schimba treptat direcția de mișcare. După ce a zburat într-un câmp de decelerare cu microunde, va renunța la o parte din energia sa cinetică, iar viteza sa va scădea. Drept urmare, nu va avea suficientă energie rămasă pentru a zbura înapoi la catod. La un moment dat se va opri și apoi va începe din nou să se miște spre anod sub influența tensiunii anodului. Toate procesele anterioare vor fi repetate, cu excepția faptului că punctul de plecare al mișcării nu va fi catodul. Ciclurile ulterioare vor avea loc în același spirit până când în cele din urmă electronul ajunge la anod. Astfel, în drumul către anod, electronul trece de mai multe ori de-a lungul unei traiectorii complexe (Fig. 10), renunțând la energia sa câmpului de microunde.

Orez. 10 Traiectoria unui electron situat în „spiră” atunci când se deplasează de la catod la anod

2. Cu toate acestea, un alt caz este posibil. Dacă, toate celelalte lucruri fiind egale, un electron a zburat din catod în momentul în care se afla între spițe, atunci va cădea în câmpul accelerat de microunde și, prin urmare, după o viraj la dreapta în câmpul magnetic, va avea suficientă energie pentru a se prăbuși în catod. Energia cinetică în exces va fi eliberată sub formă de căldură, ceea ce duce la încălzirea suplimentară a catodului.

Caracteristicile magnetronilor

Parametrii principali ai magnetronilor sunt: ​​frecvența de funcționare, puterea de ieșire, co-
eficiență (eficiență), curenți și tensiuni de funcționare. Frecvența magnetronilor pentru cuptoarele cu microunde este de 2450 MHz. O abatere de la această frecvență într-o direcție sau alta poate fi cauzată de o modificare a tensiunii anodului sau a parametrilor de sarcină. Deplasarea de frecvență este de câțiva megaherți. Puterea magnetronilor variază de la 500 W la 1 kW, iar eficiența variază de la 50% la dinozaurii electronici până la 85% la cele mai de succes modele. Curentul anodic al magnetronilor pentru cuptoarele cu microunde este de obicei 250 - 300 mA.

În practica exploatării magnetronilor, sunt utilizate pe scară largă caracteristicile grafice de performanță, care fac posibilă, în funcție de condițiile specifice, setarea valorilor de putere și eficiență necesare. Caracteristicile tipice de performanță sunt prezentate în Fig. 11. Valorile tensiunii anodului sunt reprezentate de-a lungul axei de coordonate verticale, iar valorile curentului anodului sunt reprezentate de-a lungul axei orizontale.

Orez. unsprezece

Pentru a exprima dependența reciprocă a mai multor parametri de magnetron, sunt trasate o serie de curbe pe caracteristicile de performanță, de-a lungul cărora una dintre mărimile reprezentate rămâne neschimbată. Aceste curbe se numesc linii de putere constantă, eficiență și, respectiv, inducție magnetică. În figură, liniile de inducție constantă sunt solide, liniile de eficiență constantă sunt punctate.

Dacă modificați tensiunea magnetronului de la valoarea U 1 la U 2, lăsând neschimbată inducția magnetică a alimentării cu aer, atunci punctul de funcționare, care determină modul de funcționare al magnetronului, se va deplasa de-a lungul liniei de inducție constantă. Datorită pantei slabe a liniilor constante de inducție, se va observa o schimbare puternică a curentului care circulă prin magnetron (de la I 1 la I 2).

Din caracteristici este clar că în cadrul unei linii de inducție constantă, curentul se schimbă practic de la zero la valoarea sa maximă cu o modificare relativ mică a tensiunii anodului. Prin urmare, în practică, este mai convenabil să controlați modul de funcționare al magnetronului nu prin tensiunea de pe magnetron, ci prin curentul anodului.

În regiunile cu curenți foarte mici și foarte mari, magnetronul funcționează instabil: în regiunea curenților scăzuti se observă o stabilitate scăzută a frecvenței magnetronului, iar în regiunea curenților mari, pot apărea „scântei” - electrice pe termen scurt. defecțiuni în interiorul magnetronului, ducând la distrugerea rapidă a catodului.

Eficiența magnetronului crește odată cu creșterea simultană a tensiunii anodului și a inducției magnetice, dacă nu sunt încălcate condițiile de sincronism. Eficiența magnetronului depinde direct de pierderi, care apar în două moduri. O parte din putere se pierde deoarece unii electroni ajung la blocul anodic al magnetronului cu viteze mari și își cheltuiesc energia încălzindu-l. Ca urmare, magnetronul se încălzește până la o temperatură ridicată și trebuie luate măsuri speciale pentru a-l răci. O altă parte a puterii se pierde în rezonatoarele cu magnetron, deoarece în ele apar curenți de microunde de mare putere. Pentru a reduce aceste pierderi, este necesară creșterea factorului de calitate al rezonatoarelor. Există și alte tipuri de pierderi, dar ponderea lor este mică.

Succes cu renovarea!

Toate cele bune, scriela © 2007

Definiție. Magnetronii multicavitate sunt dispozitive electronice în care formarea unui flux de electroni și interacțiunea acestuia cu câmpurile electrice alternative ale unui număr de circuite rezonatoare oscilatorii au loc în câmpuri electrice și magnetice încrucișate staționare. Magnetronii servesc ca generatori de oscilații continue în intervalul de unde milimetrice până la metru.

Dispozitiv. Blocul anodic al unui magnetron cu mai multe cavități (Fig. 5-1) este un cilindru mic de cupru, cu un număr de găuri paralele cu axa cilindrului. Împreună cu fantele care leagă aceste găuri cu cea centrală, ele formează rezonatoare volumetrice. Astfel, blocul anodic este un sistem de circuite conectate. Partea blocului anodic închisă între două fante adiacente se numește segment. În gaura centrală există un catod sub formă de cilindru, a cărui suprafață laterală este acoperită cu un strat de oxid. Spațiul dintre catod și blocul anodic se numește spațiu de interacțiune. Aici, fluxul de electroni care se deplasează de la catod la anod interacționează cu câmpuri electrice alternante concentrate în apropierea fantelor sistemelor oscilatoare. Unul dintre rezonatoare are o buclă de cuplare, cu ajutorul căreia energia oscilațiilor de înaltă frecvență este îndepărtată din magnetron. De regulă, blocul anodic al magnetronului este împământat și catodului este furnizat un potențial negativ destul de mare.

Magnetronul este plasat într-un câmp magnetic constant generat de un magnet permanent, ai cărui poli se află lângă suprafețele de capăt ale blocului anodic. Prin urmare, mișcarea electronilor în spațiul de interacțiune este similară cu mișcarea electronilor într-un sistem de electrozi cilindrici plasați într-un câmp magnetic axial (Fig. 4-5). Cu toate acestea, traiectoriile electronilor într-un magnetron sunt mai complexe, deoarece, pe lângă câmpurile electrice și magnetice constante, există un câmp electric alternativ în spațiul de interacțiune care afectează mișcarea electronilor.

Principiul de funcționare. Mecanismul pentru apariția oscilațiilor neamortizate într-un magnetron este același ca în orice auto-oscilator. Oscilațiile inițiale în rezonatoarele magnetronului apar ca urmare a fluctuațiilor fluxului de electroni. Frecvența acestor oscilații în cazul general este oarecum diferită de frecvența de rezonanță naturală a sistemelor oscilatoare, deoarece blocul anodic al magnetronului formează un sistem de circuite conectate complex. Oscilațiile sunt susținute de energia unei surse de tensiune constantă anod - catod, care este transmisă câmpului de undă cu ajutorul unui flux de electroni accelerat de un câmp electric constant și care interacționează cu un câmp electric alternativ în apropierea fantelor rezonatoarelor. Un astfel de transfer dirijat de energie poate fi realizat, după cum se știe, dacă fluxul de electroni interacționează cu un câmp electric alternativ dintr-o anumită fază. Pentru a face acest lucru, fluxul de electroni trebuie grupat în mănunchiuri, al căror timp de trecere în apropierea fantei rezonatorului ar coincide cu timpul de existență a câmpului acolo în faza necesară.

Mișcarea electronilor de la catod la anod în magnetron nu are loc uniform în toate direcțiile azimutale. Fluxurile de electroni către anod sunt create numai în unele regiuni ale spațiului de interacțiune, formând așa-numitele spițe de electroni (Fig. 5-2, a). Numărul de spițe depinde de natura oscilațiilor de înaltă frecvență și în cel mai comun mod de funcționare al magnetronului este egal cu jumătate din numărul de rezonatoare. Electronii din spițe se deplasează către anod de-a lungul unor traiectorii complexe în formă de buclă, deoarece natura mișcării lor este determinată de influența totală a câmpurilor electrice constante și alternative și a unui câmp magnetic constant.

Spițele se formează în apropierea secțiunilor catodului aflate opuse acelor segmente ale anodului, care în momentul de față sunt, datorită aplicării unui câmp electric alternativ, încărcate la un potențial mai pozitiv (Fig. 5-2, b). Deoarece semnele sarcinii pe segmentele anodului se modifică odată cu modificarea fazei oscilațiilor, se schimbă și secțiunile catodului în apropierea cărora se formează spițele. Spițele par să se rotească în spațiul de interacțiune cu o viteză care depinde de frecvența de oscilație și relațiile de fază pentru câmpurile a două rezonatoare adiacente.

Viteza de rotație a spițelor este de așa natură încât momentele de trecere a electronilor în apropierea fantelor rezonatoarelor coincid întotdeauna cu momentele de existență ale fazei de câmp necesare acolo. Cu alte cuvinte, rotația spițelor este sincronizată cu schimbarea fazei oscilațiilor de înaltă frecvență.

În timpul mișcării complexe a spiței de la catod la anod, electronii la fiecare tură își pierd o parte din energia potențială, care este transferată în câmp.

Electronii care și-au cedat energia câmpului merg continuu la anod, iar spițele sunt completate cu noi electroni emiși de catod. Acesta este, în termeni generali, principiul de funcționare al unui magnetron multicavitate.

5-2. Tipuri de oscilații într-un magnetron

Tipuri posibile de vibrații. După cum se poate observa din fig. 5-1, blocul anodic al magnetronului este un lanț de N rezonatoare volumetrice, rulate într-un inel. În general vorbind, într-un astfel de sistem de rezonatoare cuplate pot apărea N tipuri diferite de oscilații. Cu toate acestea, într-un sistem închis de N rezonatoare, există doar acele oscilații pentru care diferența totală de fază atunci când ocolesc circumferința blocului anodic este egală cu:

Ф = 2πn, (5-1)

unde n = 0, 1, 2, ..., N determină numărul de perioade întregi de oscilații de înaltă frecvență care se potrivesc de-a lungul circumferinței blocului anodic.

Cu alte cuvinte, dacă o undă într-un anumit punct al blocului anodic a fost caracterizată de faza ψ, atunci când se propagă de-a lungul lanțului de rezonatoare ar trebui să revină în acest punct cu aceeași fază. În caz contrar, valul va fi distrus ca urmare a interferenței.

Prin urmare, diferența de fază a oscilațiilor în rezonatoarele vecine ar trebui să fie egală cu:

Din formula (5-2) este ușor de observat că pentru valori întregi ale lui n mai mari decât N, valorile posibile ale defazărilor vor repeta valorile lui φ pentru 0

Principalul tip de oscilații într-un magnetron multicavitate sunt oscilațiile π sau oscilațiile antifază, corespunzătoare n = N/2 și φ = π. Acest tip de oscilație nu are un dublet și, așa cum se va arăta, are loc la tensiuni anodice și câmpuri magnetice mai mici în comparație cu alte tipuri.

Oscilațiile de tip π, după cum se poate observa din (5-2), pot apărea într-un magnetron numai cu un număr par N. Prin urmare, blocurile anodice ale magnetronilor multicavitate conțin în mod necesar un număr par de rezonatoare.

Câmpuri într-un magnetron. În fig. Figura 5-3 prezintă modele de câmpuri electrice și magnetice alternative în magnetron la diferite valori ale lui n. Pentru claritate, blocul anodic al magnetronului este prezentat în formă extinsă (Fig. 5-3, a). Mai jos, pe scanările blocului anodic, linia punctată arată liniile de câmp magnetic alternativ pentru momentul de timp corespunzător curentului maxim din circuit. Sub scanările blocului sunt prezentate curbele de distribuție a potențialului de înaltă frecvență de-a lungul suprafeței anodului. Liniile de câmp electric alternativ când curentul din circuit este zero sunt afișate în stânga.

5-3. Interacțiunea electronilor cu un câmp electric alternativ

Formarea spițelor electronice. Formarea unei densități variabile a fluxului de electroni - spițe de electroni - într-un magnetron multicavitate se realizează, ca în toate dispozitivele de tip M, datorită interacțiunii electronilor cu un câmp electric alternativ neomogen. Procesele fizice care stau la baza acestei interacțiuni, discutate în Cap. 4 sunt valabile și pentru un magnetron multicavitate.

În absența oscilațiilor în magnetron, electronul care a părăsit catodul cu viteză zero se deplasează de-a lungul unei traiectorii epicicloidale (Fig. 5-4, a). Când apar oscilații în apropierea fantelor rezonatoarelor, se formează câmpuri electrice neomogene.

Orez. 5-4. Imagini ale unui câmp electric neuniform și ale traiectoriilor electronilor. a - în absența vibrațiilor; b - traiectoria unui electron nefunctional; c - traiectoria electronului „de lucru”.

Spre deosebire de ceea ce s-a discutat în cap. În 4 cazuri de electrozi plat, mișcarea electronilor în magnetron trebuie luată în considerare ținând cont de interacțiunea acestuia cu componentele radiale și tangenţiale ale câmpului electric alternativ. Cu toate acestea, acest lucru nu schimbă imaginea de ansamblu. Efectul componentei câmpului radial este similar cu efectul componentei transversale în cazul electrozilor plati, iar componenta câmpului tangențial acționează în același mod ca și cea longitudinală. În fig. 5-4, b și c arată modelele câmpului electric neomogen, componentele vectorilor de intensitate în diferite puncte ale câmpului și natura mișcării electronilor pentru două momente diferite de timp, separate printr-un interval egal cu jumătate. perioada de oscilație.

În primul caz, un electron ejectat de pe suprafața catodului, care descrie un arc epicicloid, ajunge în câmpul rezonatorului în momentul în care vectorul componentei tangențiale a câmpului este opus în direcție vectorului viteza electronului din partea superioară. al virajului. Câmpul electric total în punctul 5 este caracterizat de vectorul ε σ 5 deviat de la direcția radială spre stânga. Ca urmare, suprafața de rulare a cercului generator este curbată și electronul, după ce a descris o rotire, ajunge la suprafața catodului cu o anumită cantitate de energie, pe care o disipă sub formă de căldură la ciocnirea cu catodul. . Astfel, majoritatea electronilor emiși de catod împotriva rezonatoarelor, al căror câmp este caracterizat de faza considerată, sunt îndepărtați în catod. Singurele excepții pot fi acei electroni a căror viteză inițială le va permite să rămână în spațiul de interacțiune. Interacțiunea acestor electroni cu componenta radială duce la o scădere a densității fluxului de electroni în această regiune de câmp. De fapt, viteza electronului în punctul 4 scade, iar la punctul 6 crește în raport cu viteza electronului central situat în punctul 5 (vezi § 4-2). Electronii sunt negrupați.

Mișcarea electronilor care cad în faza opusă a câmpului are un caracter diferit (Fig. 5-4, c). Sub influența componentei radiale, electronul din punctul 1 capătă viteză suplimentară în direcția tangențială, iar viteza electronului din punctul 3 scade. Electronii sunt grupați într-un grup în jurul electronului situat la punctul 2. Are loc focalizarea de fază a fluxului de electroni.

Ca urmare a adunării vectorului componentei tangenţiale a câmpului neomogen ε τ 2 şi a vectorului ε al câmpului electric constant, vectorul total ε σ 2 deviază spre dreapta. Suprafața de rulare a cercului generator se ridică deasupra suprafeței catodului. Traiectoria unui electron poate fi reprezentată aproximativ ca traiectoria unui punct dintr-un cerc care se rostogolește de-a lungul unei anumite suprafețe curbe care se extinde de la catod la anod. Numărul de „bucle” din traiectorie și „abruptul” suprafeței generatoare depind de mărimea tensiunii anodului, inducția magnetică și, de asemenea, de intensitatea câmpului electric alternativ.

Așadar, doar electronii se îndreaptă spre anod, descriind traiectorii în formă de buclă, lăsând acele secțiuni ale catodului față de care la un moment dat există un câmp electric alternativ care inhibă electronii: în magnetron se formează spițe de electroni. Numărul de astfel de spițe cu oscilații antifază este egal cu jumătate din numărul de rezonatoare (vezi Fig. 5-2, a).

Mișcare electronică a spițelor. Deoarece la fiecare jumătate de ciclu semnele potențialelor de înaltă frecvență de pe segmente sunt inversate (câmpul neomogen pare să se rotească în jurul axei dispozitivului), spițele electronice se mișcă și ele după câmp. Pentru a asigura viteza unghiulară necesară de rotație a spițelor, așa cum vom vedea mai târziu, este necesară o anumită mărime a diferenței de potențial dintre anod și catod. O astfel de rotație a spițelor electronilor, sincronă cu mișcarea câmpului, asigură nu numai compactarea continuă a electronilor în spițe - focalizarea lor de fază, ci și modul necesar de schimb de energie între electroni și câmpul de microunde.

Transferul de energie de la electroni în câmp. Electronii, formând o spiță concomitent cu mișcarea de rotație, care descriu rotațiile epicicloidului, se ridică din catod și trec treptat la anod. Pe măsură ce spița se rotește, aceasta este completată cu electroni din noile secțiuni ale catodului. Astfel, electronii din spițe se mișcă continuu într-o direcție radială de la catod la anod. Această componentă a mișcării electronilor este însoțită de o scădere a energiei lor potențiale.

Energia electronilor este transferată în câmpul electromagnetic, a cărui interacțiune cu componenta electrică este cauza mișcării considerate a electronilor.

Pentru a asigura mișcarea radială a electronilor, precum și pentru mișcarea de rotație a spițelor, sunt necesare anumite valori ale diferenței de potențial anod-catod și ale intensității câmpului magnetic.

5-4. Modul de funcționare Magnetron

În paragrafele precedente s-a remarcat că pentru a asigura deplasarea electronilor de lucru de-a lungul traiectoriilor în formă de buclă, mișcarea lor în direcția radială și obținerea vitezei unghiulare dorite de rotație a spițelor, sunt necesare anumite relații între intensitatea ε a un câmp electric constant și inducția magnetică B. Alegerea valorilor adecvate ale lui ε și B determină modul de lucru al magnetronului.

Parabola mod critic. Dacă tensiunea anodică a magnetronului este mai mare decât cea critică, atunci nu sunt îndeplinite condițiile pentru transferul energiei de către electroni în câmpul de înaltă frecvență. De fapt, atunci când U a > U a.cr, electronii, deplasându-se de-a lungul traiectoriilor curbilinii (vezi Fig. 4-7), se îndreaptă spre anod. În acest caz, oscilațiile de înaltă frecvență, chiar dacă apar, nu pot fi susținute de energia electronilor, care nu descriu bucle și practic nu interacționează cu câmpul electric alternativ din apropierea fantelor rezonatorului. Prin urmare, valorile de funcționare ale tensiunilor anodului trebuie să se situeze sub parabola modului critic (Fig. 4-6), care este descrisă de ecuația (4-38).

Potenţial de sincronizare. Cu toate acestea, pentru funcționarea normală a magnetronului, mișcarea electronilor de-a lungul traiectoriilor în formă de buclă nu este suficientă. În plus, este necesar să se realizeze rotirea spițelor cu o anumită frecvență unghiulară, sincronă cu schimbarea fazei oscilațiilor de ultra-înaltă frecvență. Condiția de sincronism poate fi satisfăcută la diferite valori ale vitezei unghiulare de rotație a spițelor. De fapt, cu oscilații de tip π, timpul t c al mișcării spiței între două rezonatoare adiacente poate fi egal nu numai cu o jumătate de perioadă, ci și cu orice număr întreg de semiperioade:

unde p = 0, 1, 2, 3 ...

Graficele mișcării electronilor pentru vibrațiile de tip π la diferite valori ale lui p sunt prezentate sub formă de linii punctate în Fig. 5-5.

Orez. 5-5. Imagine a unui câmp electric alternativ și grafice ale mișcării electronilor în timpul vibrațiilor de tip π

Pe grafic, timpul este reprezentat de-a lungul axei ordonatelor și sub inversarea blocului anodic curbele de distribuție a potențialului de înaltă frecvență sunt afișate în fiecare sfert de perioadă. Pe tot parcursul timpului, nodurile de stres rămân în mijlocul fisurilor. În toate cazurile, când p este un număr întreg, electronii se găsesc într-un câmp de întârziere lângă fiecare rezonator. În funcție de p, se modifică doar viteza unghiulară ω 0 de rotație a electronilor. Valoarea maximă a lui ω 0 îi corespunde p = 0 când t c = T/2.

Pentru a caracteriza viteza unghiulară de rotație a electronilor, este convenabil să se introducă un anumit parametru k, egal cu numărul de perioade în care electronul trece prin toate rezonatoarele și revine la punctul de plecare. Atunci timpul de mișcare a electronilor între rezonatoarele adiacente, exprimat în fracțiuni din perioada T, este determinat de relația

În cazul vibrațiilor π, expresia (5-3) ia forma:

Generalizând această relație pentru alte tipuri de oscilații, obținem:

Folosind parametrul k, este ușor să obțineți o expresie pentru viteza unghiulară de rotație a electronilor pentru oscilații de orice tip:

unde λ = сТ este lungimea de undă a oscilațiilor în magnetron și c este viteza luminii.

Pentru a asigura viteza unghiulara de rotatie, este necesar ca electronul situat in spita langa suprafata anodului sa aiba o viteza tangentiala.

Electronul dobândește energie cinetică în magnetron datorită unui câmp electric constant determinat de diferența de potențial Ua. La suprafața anodului (r = r a) cea mai mare valoare a energiei electronilor este egală cu:

E K = eU a . (5-9)

În condiții de mișcare sincronă, energia electronilor de la suprafața anodului ar trebui să fie:

Echivalând (5-9) și (5-10), obținem valoarea tensiunii anodice necesare pentru a asigura rotația sincronă a electronilor:

Această valoare, numită potențial de sincronizare, determină cea mai mică valoare (pentru un k dat) a tensiunii anodului la care este posibilă rotația sincronă a spițelor electronice.

Înlocuind în (5-11) valorile numerice ale tuturor constantelor și exprimând U c în volți, obținem:

Această expresie a fost obținută în ipoteza că electronul se mișcă într-un cerc coaxial cu suprafața anodului și cu o rază apropiată de r a. În realitate, electronii se mișcă într-un magnetron de-a lungul unor traiectorii complexe în formă de buclă, iar componenta tangențială a vitezei lor depinde atât de viteza mișcării portabile a centrului cercului generator, cât și de viteza de mișcare a electronului însuși în raport cu acest centru.

Tensiune de prag. După ce s-a apropiat de suprafața anodului și a transferat o parte semnificativă a energiei acestuia în câmp, electronul trebuie îndepărtat din spațiul de interacțiune. În caz contrar, un astfel de electron uzat și care se mișcă încet va rămâne în urmă spiței și va elimina energie din câmpul alternativ. Pentru ca electronii uzați să ajungă la anod, precum și pentru a asigura viteza tangențială necesară a electronilor, ținând cont de mișcarea lor de-a lungul curbelor în formă de buclă, este necesară o tensiune anodică puțin mai mare decât potențialul de sincronizare U c .

Un electron, aflat la distanță de centrul magnetronului la o distanță r și care se rotește în jurul axei dispozitivului cu o viteză unghiulară ω 0, este acționat de trei forțe (Fig. 5-6): forța Fe a unei electrice constante. câmpul este îndreptat radial către anod; forța Lorentz F m, care apare atunci când un electron traversează liniile câmpului magnetic, în conformitate cu regula din dreapta, este îndreptată spre catod; iar, în final, a treia, forța centrifugă F d, coincide în direcție cu forța F e.

Pentru ca electronul să ajungă la anod, energia cinetică a mișcării sale în direcția radială trebuie să fie mai mare decât zero și, prin urmare, munca forțelor F e și F d trebuie să fie mai mare sau cel puțin egală cu munca. a forței F m.

Din aceste considerații este ușor de determinat [L. 2] tensiune de prag, adică valoarea celei mai mici tensiuni anodului la care electronii uzați sunt îndepărtați în anod:

Înlocuind aici formula (5-7) cu ω 0 și exprimând tensiunea în volți, obținem:

Din aceasta se poate observa că, pentru a satisface condițiile stabilite pentru îndepărtarea electronilor uzați la anod, tensiunea anodului trebuie să fie mai mare decât potențialul de sincronizare, iar dacă valoarea lui U c nu depinde de intensitatea câmpului magnetic, atunci tensiunea de prag crește proporțional cu valoarea lui V.

Diagrama modului de funcționare. Astfel, am examinat o serie de condiții pentru funcționarea normală a magnetronului și am obținut ecuații: pentru potențialul critic (4-38), pentru potențialul de sincronizare (5-12) și pentru tensiunea anodică de prag (5-14).

Toate aceste trei dependențe sunt prezentate în Fig. 5-7. Parabola modului critic separă zona nefuncțională (umbrită) pe planul B - U a. La valorile B și U a pentru orice punct din această regiune, electronii din magnetron nu descriu traiectorii în formă de buclă și nu există oscilații. Valoarea potenţialului de sincronizare (5-12) nu depinde de V, ci variază în funcţie de k. În Fig. 5-7 linia U c este trasată numai pentru modul π-vibrație (n = 4; p = 0; N = 8). Pentru alte k = n (p = 0), potențialul de sincronizare este marcat de puncte de pe parabola modului critic.

Linia tensiunii de prag (5-14) la diferite k(p = 0) este reprezentată pe planul B - U a sub formă de drepte tangente la parabola modului critic în puncte corespunzătoare valorii potenţialului de sincronizare. pentru un anumit tip de oscilație. Este ușor de verificat validitatea acestui lucru dacă înlocuim valoarea potențialului critic (4-38) în expresia (5-14).

Astfel, pentru oscilațiile de tip π, regiunea nefuncțională este și partea planului situată sub linia dreaptă a tensiunii de prag (k = 4). La aceste valori ale U a și B, fie condiția mișcării sincrone a spițelor (U a

5-5. Bloc anod magnetron

Circuitul echivalent al blocului anodic. Cele mai comune forme de rezonatoare magnetron sunt prezentate în Fig. 5-8, unde, pe lângă cele deja cunoscute nouă, sunt reprezentate și rezonatoare formate din secțiuni scurtcircuitate ale ghidurilor de undă. Cu toate acestea, pentru orice configurație de rezonator, blocul anodic este un sistem de circuite conectate complex. Circuitele magnetronului sunt în primul rând conectate între ele conductiv, deoarece curenții de la rezonatoarele învecinate curg de-a lungul suprafeței segmentului de bloc anod. În plus, există și o cuplare capacitivă între rezonatoarele adiacente prin capacitățile formate de segmentele blocului anodic și suprafața catodului. Și, în cele din urmă, rezonatoarele adiacente sunt conectate între ele în mod inductiv (liniile de câmp magnetic alternant din rezonator sunt închise prin găurile adiacente).

Predominanța unuia sau altui tip de conexiune este determinată de proiectarea blocului anodic și, în special, de înălțimea acestuia h. La o valoare mică de h, predomină cuplarea inductivă între rezonatoare individuale, iar odată cu creșterea înălțimii h a blocului anodic, cuplarea capacitivă joacă un rol din ce în ce mai important. Unul dintre posibilele circuite echivalente ale blocului anodic al unui magnetron cu h mare este prezentat în Fig. 5-9. Mărimile L 0 și C 0 sunt inductanța și, respectiv, capacitatea echivalentă a rezonatorului. Rezonatoarele sunt conectate între ele conductiv, precum și prin capacități C a-k anod - catod.

O analiză a unui astfel de circuit echivalent arată [L. 2], că lungimea de undă a oscilațiilor generate depinde atât de parametrii reactivi, cât și de numărul n:

Raportul C a-k / C 0 în magnetroni este de obicei 0,1-0,4.

Dependența (5-15) pentru un magnetron cu opt cavități este prezentată în Fig. 5-10 (curba 1). O dependență similară este reprezentată acolo (curba 2), dar pentru cazul predominării cuplajului inductiv în magnetron. Din curbe este clar că vibrațiile de tip I diferă ușor în lungime de undă de vibrațiile speciilor învecinate. Odată cu creșterea numărului de rezonatoare și, prin urmare, a numărului n, această diferență devine din ce în ce mai mică. În plus, datorită diferenței mici de frecvență a oscilațiilor π față de oscilațiile de tipuri învecinate, funcționarea generatorului de magnetron poate fi instabilă.

Ca urmare a modificărilor modului de alimentare, a naturii sarcinii și a altor motive, în loc de oscilații π, în magnetron pot apărea oscilații de alt tip (salt de frecvență). Este posibilă și existența simultană a oscilațiilor de tip π și a unui tip de oscilație vecină. În acest caz, distribuția câmpului de înaltă frecvență este întreruptă, condiția de sincronism este prost îndeplinită și puterea și eficiența magnetronului scad. În consecință, numărul de rezonatoare nu poate fi crescut pentru a crește puterea de oscilație, ceea ce este deosebit de important la unde mai scurte.

Separarea tipurilor de vibrații folosind conectori. Pentru a elimina instabilitatea magnetronilor, se iau măsuri speciale. Un efect bun este obținut prin ligamente speciale, care în cel mai simplu caz au formă de inele (Fig. 5-11). Unul dintre inele este sudat la cele patru segmente pare ale blocului anodic, iar celălalt la cele patru impare. Cuplajele introduc capacitate și inductanță suplimentare în sistemul oscilator al magnetronului. Capacitatea introdusă este determinată nu numai de dimensiunea ligamentelor în sine și de distanța acestora de suprafața blocului anodic, ci și de diferența de potențiale de înaltă frecvență dintre cele două inele. Inductanța depinde atât de dimensiunea fasciculelor în sine, cât și de curenții care curg prin fascicule.

Cu oscilații antifază, fiecare dintre inele este conectat la segmente ale blocului care se află sub același potențial. Astfel, diferența de fază a potențialelor de înaltă frecvență ale celor două inele de legătură este egală cu π și efectul capacitiv al legăturilor este foarte semnificativ. În același timp, efectul inductiv al fasciculelor în timpul oscilațiilor π este minim, deoarece fiecare inel este sudat pe segmente cu același potențial, iar curenții de egalizare din fascicule sunt aproape de zero. În consecință, efectul rezultat al cuplărilor în timpul oscilațiilor π este de natură capacitivă. Capacitatea introdusă de fascicule în rezonatoare este paralelă cu capacitatea proprie. Ca rezultat, capacitatea totală crește și lungimea de undă în timpul vibrațiilor π crește.

Cu alte tipuri de oscilații, potențialele de înaltă frecvență ale segmentelor conectate la fiecare dintre inele nu sunt aceleași și, prin urmare, diferența medie de potențial dintre ligamente este mai mică decât în ​​cazul oscilațiilor antifază. Ca urmare, capacitatea introdusă de legături scade, iar inductanța introdusă crește, deoarece, datorită diferenței de potențiale de înaltă frecvență a celor două segmente conectate la același inel, curg în acesta curenți de egalizare. Influența rezultată a conectivului este inductivă. Inductanța introdusă este paralelă cu autoinductanța rezonatoarelor; inductanța totală scade, iar lungimea de undă de oscilație scade și ea.

Modificarea lungimii de undă de vibrație de la valoarea n atunci când se utilizează diferite tipuri de ligamente este prezentată în Fig. 5-10 (curba 5 este pentru ligamente în Fig. 5-11, a, iar curba 4 este pentru ligamente în Fig. 5-11, b).

Dintr-o comparație a acestor curbe cu curbele 1 și 2, este clar că utilizarea copulelor face posibilă creșterea semnificativă a diferenței de frecvență a vibrațiilor π și a tipului adiacent acestuia. Pentru o funcționare stabilă a magnetronului, este necesar ca frecvența oscilațiilor de forma n = N/2-1 să difere de frecvența oscilațiilor antifază cu cel puțin 4%. De obicei, diferența de frecvență este atinsă să fie de aproximativ 10-15%.

Utilizarea conexiunilor asimetrice, de exemplu inelele cu un spațiu, contribuie, de asemenea, la creșterea stabilității funcționării magnetronului în moduri de oscilație antifază. Utilizarea conexiunilor asimetrice perturbă orientarea câmpurilor de înaltă frecvență care apar în timpul oscilațiilor, altele decât antifază și, astfel, complică și mai mult aspectul acestora. De asemenea, trebuie remarcat faptul că o creștere a lungimii de undă a oscilațiilor de tip π datorită utilizării cuplajelor duce la o scădere corespunzătoare a tensiunii de prag, care este însoțită de o creștere a puterii oscilațiilor generate și a eficienței magnetron.

Utilizarea ligamentelor are și unele dezavantaje. De exemplu, câmpul de înaltă frecvență generat de ligamente și independent de unghiul azimutal distorsionează într-o oarecare măsură câmpul electric din spațiul de interacțiune și afectează funcționarea magnetronului. În plus, introducerea ligamentelor crește pierderile de înaltă frecvență, a căror amploare crește odată cu scurtarea lungimii de undă a oscilațiilor generate. Pentru a elimina această influență, fasciculele sunt ecranate prin plasarea lor în caneluri speciale în blocul anodic.

Bloc anod multi-rezonator. În magnetronii care funcționează la unde λ = 3 cm și mai scurte, se utilizează o altă metodă de separare a frecvenței - un bloc anod cu mai multe cavități.

Într-un bloc anodic cu mai multe cavități, dimensiunile fiecărui al doilea rezonator sunt ușor crescute în comparație cu dimensiunile unui bloc anodic convențional; dimensiunile celei de-a doua jumătăţi a rezonatoarelor scad (Fig. 5-12). Se pare că există două sisteme de rezonatoare, dintre care unul este reglat pe o undă scurtă, iar celălalt pe o undă mai lungă.

Pentru a determina lungimile de undă de oscilație corespunzătoare diferitelor valori ale lui n într-un sistem multi-rezonator, puteți utiliza formula (5-15), presupunând că blocul anodic este format din două sisteme diferite: mare (h b) și mic (h m) rezonatoare. La calcularea acestor lungimi de undă, în loc de λ 0 este necesar să se înlocuiască lungimea de undă rezonantă a rezonatorului mare sau, respectiv, mic. Dar, deoarece numărul de rezonatoare identice din sistem este jumătate din numărul total de N de rezonatoare, atunci pentru fiecare sistem de rezonatoare identice se introduce un număr diferit n, a cărui valoare nu poate fi mai mare de N/4.

În fig. Figura 5-13 arată (curba 3) modificarea lungimii de undă în funcție de valoarea lui n într-un magnetron cu mai multe cavități (N = 18). Ramura superioară a acestei curbe, până la n = 4, corespunde primului - grup de undă lungă de oscilații cu defazaj zero între oscilațiile în rezonatoare mari și mici. Natura modificării lungimii de undă aici este aceeași ca și pentru un magnetron convențional fără cuplari (curba 1): pe măsură ce n crește, lungimea de undă scade.

Ramura inferioară a curbei de la n = 5 la n = N/2 = 9 corespunde celui de-al doilea grup de vibrații de unde scurte. Aici, pe măsură ce n crește, lungimea de undă scade. În fig. 5-13 arată, de asemenea, curba 2 pentru un magnetron cu fascicule pentru comparație.

Separarea frecvenței la diferite n depinde de raportul h b / h m (Fig. 5-12), crescând pe măsură ce crește. Cu toate acestea, la valori semnificative ale h b / h m, influența componentei câmpului de înaltă frecvență, care nu depinde de unghiul azimutal și înrăutățește interacțiunea fluxului de electroni cu câmpul de înaltă frecvență, crește.

Avantajul unui sistem cu mai multe cavități față de un bloc anodic cu fascicule este, în primul rând, că cantitatea de separare a frecvenței nu este afectată de înălțimea blocului anodic. În plus, pierderile de înaltă frecvență în blocul anodic cu mai multe cavități sunt semnificativ mai mici, ceea ce face posibilă creșterea eficienței magnetronului.

5-6. Parametrii și caracteristicile magnetronilor

Magnetronii multicavitați, ca și alte dispozitive electronice, se caracterizează printr-o serie de parametri care determină modurile de funcționare, limitare, climatice și alte moduri de funcționare a acestora.

Parametrii modului electric. Datele de referință, de regulă, prevăd: valorile tensiunii U n sau curentului I n ale filamentului și abaterile lor admise, de obicei nu depășesc ±10%; tensiunea anodică nominală U a și limita superioară admisă a acestei valori; valori nominale și admisibile ale curentului superioară și inferioară I a; intensitatea câmpului magnetic sau inducția. Pentru magnetronii care funcționează în modul pulsat, cartea de referință indică valorile nominale și admisibile ale duratei impulsurilor de tensiune anodică, ciclul lor de funcționare și panta fronturilor - valori care determină în mare măsură spectrul oscilațiilor generate de magnetronul.

Puterea oscilațiilor generate. Magnetronii multicavități sunt de obicei utilizați ca generatori de oscilații puternice de microunde în modul pulsat sau continuu. Prin urmare, cel mai important parametru al acestor dispozitive este cantitatea de putere generată

P out = ηI a U a, (5-61)

unde η este randamentul total al magnetronului. Astfel, valoarea Pout depinde nu numai de modul de funcționare electric al magnetronului, ci și de un alt parametru important - eficiența dispozitivului.

Eficienţă magnetronul este determinat de raportul dintre puterea oscilațiilor microundelor și puterea furnizată magnetronului de la o sursă de tensiune constantă în circuitul anodic.

Electronii, care primesc energie dintr-un câmp electric constant, nu o transferă complet în câmpul de înaltă frecvență al rezonatoarelor. Unii electroni nu participă deloc la mecanismul de transfer de energie, deoarece la început, după ce au primit o accelerație suplimentară, se întorc înapoi la catod și îl încălzesc, eliberând energia rămasă la ciocnirea cu suprafața sa. Electronii care lucrează, formează spițe și interacționează în mod repetat cu câmpul de înaltă frecvență, ajung în cele mai multe cazuri la anod fără a-și consuma complet energia și transferă restul acestuia în anod, încălzindu-l la impact. Astfel, o parte din energia primită de electroni dintr-un câmp electric constant este irosită inutil. Acest consum de energie se numește pierderi electronice. Raportul dintre energia primită de câmpul de înaltă frecvență din fluxul de electroni și energia totală transmisă electronilor de un câmp electric constant se numește eficiența electronică a magnetronului η el. Această valoare caracterizează eficiența interacțiunii fluxului de electroni cu un câmp electric alternativ. Energia oscilațiilor de înaltă frecvență este cheltuită și în rezonatoarele propriu-zise (pentru a completa pierderile cauzate de rezistența activă), în dispozitivele de ieșire a energiei, în dielectrice etc. Aceste pierderi sunt determinate de eficiența sistemului oscilator η k. Eficiența a magnetronului, astfel este egal cu:

η = η el η c. (5-17)

Valoarea eficienței electronice a unui magnetron depinde în mod semnificativ de modul său de funcționare. Pentru a determina η el, este necesar să se cunoască nu numai energia primită de electron dintr-un câmp electric constant, ci și cantitatea de energie necheltuită de electron (energia cinetică cu care electronul ajunge la anod). Pentru a îndeplini condițiile de sincronism, electronul trebuie să se deplaseze la suprafața anodului cu o viteză nu mai mică de Uc. Prin urmare, energia cinetică a electronului care ajunge la anod nu poate fi mai mică de eU c. Prin urmare, eficiența electronică a magnetronului este egală cu:

Cu toate acestea, eficiența electronică calculată folosind această formulă se dovedește a fi mai mare decât valoarea experimentală η el. Acest lucru se explică prin faptul că energia cinetică a unui electron care lovește anodul este de fapt mult mai mare decât valoarea eU c. Electronii se mișcă în spațiul de interacțiune, descriind traiectorii asemănătoare buclei. Dacă tensiunea anodului este aproape de tensiunea de prag, atunci electronii se ridică încet de la catod la anod și cad pe anod, de obicei în partea de sus a „buclei”. Dacă viteza tangenţială de mişcare a axei cercului generator este egală (din condiţia de sincronism) U c, atunci viteza tangenţială a electronului faţă de catod este de aproximativ 2 ori mai mare, iar energia sa cinetică este de 4 ori mai mare. decât valoarea acceptată. În modul de funcționare, tensiunea anodului din magnetron este de obicei mai mare decât valoarea U p și electronii se ridică la anod de-a lungul unei traiectorii în formă de buclă mai abruptă. Ele pot ajunge la anod atât în ​​vârful buclei, cât și la începutul acesteia, unde viteza electronului este aproape de zero. Prin urmare, valoarea medie a energiei cinetice la suprafață este de aproximativ 2 ori mai mare decât valoarea eU c. Valoarea eficienței electronice în magnetronii multicavitați moderni ajunge la 50-70% sau mai mult.

Lungime de undă de operareλ 0 sau frecvența de oscilație de funcționare ω 0 este determinată, așa cum sa arătat în § 5-5, de parametrii rezonatoarelor și de proiectarea blocului anodic. În magnetronii cu mai multe cavități de design convențional, o modificare a frecvenței de funcționare în limite mici poate fi obținută folosind dispozitive speciale care modifică capacitatea sau inductanța rezonatoarelor (vezi mai departe § 5-7).

La proiectarea dispozitivelor generatoare bazate pe magnetroni multicavitate, se acordă o atenție deosebită stabilizării frecvenței de oscilație. În acest scop, așa cum s-a menționat mai sus, se folosesc fascicule, se folosesc diferite blocuri anozi rezonatoare etc. Cu toate acestea, frecvența de funcționare a magnetronului depinde în mod semnificativ de natura sarcinii și de metoda de conectare a acesteia la magnetron. Gradul de modificare a frecvenței sub influența sarcinii este caracterizat de parametri precum deplasarea electronică a frecvenței, strângerea frecvenței etc. Aceste fenomene sunt reflectate cel mai pe deplin de așa-numita caracteristică de sarcină a magnetronului. Funcționarea unui magnetron în condiții reale este discutată în detaliu în cursul „Dispozitive de transmisie radio”, și, prin urmare, o discuție a acestor probleme depășește scopul acestei cărți.

Caracteristicile de performanță ale magnetronului. Dependențele U a = f(I a) la valori constante ale lui B, P out, η și ω 0 sunt luate ca caracteristici de funcționare ale magnetronilor. De obicei, liniile de valori constante ale lui B, P out și η sunt reprezentate pe un grafic în coordonatele I a - U a. Aceste familii de curbe sunt numite caracteristicile de performanță ale magnetronilor multicavitate.

În fig. 5-14 prezintă caracteristicile de funcționare ale magnetronului cu următorii parametri: modul de funcționare - pulsat, număr de rezonatoare N = 8, raza catodului r k = 0,3 cm, raza anodului r a = 0,8 cm, înălțimea blocului anod h = 2 cm, frecvența (în modul π-oscilație) f = 2800 MHz, tensiunea anodului de funcționare U a = 16 kV, intensitatea câmpului magnetic în regim de funcționare H = 128.000 a/m, curent anodului de funcționare (în impuls) I a = 20 a, k. p.d. η = 42%, puterea generată (pe impuls) P out = 35 kW.

La tensiuni anodice scăzute și, în mod corespunzător, V mai scăzută, eficiența magnetronului este scăzută. Prin urmare, utilizarea unor tensiuni anodice scăzute nu are sens. O creștere semnificativă a tensiunii anodului, deși însoțită de o ușoară creștere a eficienței și a puterii generate, necesită și o creștere a intensității câmpului magnetic. Lucrul cu valori foarte mari ale U a și B întâmpină dificultăți tehnice serioase; nu sunt justificate de o crestere a randamentului, care, odata cu cresterea U a, creste mai intai rapid si apoi incet.

La curenți anodici mici, magnetronul funcționează instabil. Majoritatea electronilor revin la catod, eficiența și puterea generată sunt scăzute. O creștere excesivă a curentului este, de asemenea, nedorită, deoarece aceasta face ca blocul anod să devină foarte fierbinte, catodul funcționează cu suprasarcină și este necesară o creștere suplimentară a U a.

Din aceste motive, pentru fiecare tip de magnetron există limite de lucru pentru modificările U a și Ia. Alți parametri (V, η, P out) la valorile selectate ale tensiunii și curentului anodului sunt determinați în mod unic de caracteristicile de funcționare.

Să considerăm familia de curbe B = const. La o valoare dată a lui B și odată cu creșterea U a, curentul anodic este inițial mic și crește lent. Această parte a curbei corespunde tensiunilor anodice sub prag. Majoritatea electronilor nu ajung la anod, ci revin la catod sub influența forței Fm. Cu o creștere suplimentară a U a, curentul anodic crește brusc și curbele U a = f(I a) sunt segmente de linii aproape drepte care formează un unghi mic cu axa absciselor. Această parte de lucru a caracteristicilor corespunde valorilor U a > U p.

Cu o creștere a lui B, pentru a obține aceeași valoare a lui I a, sunt necesare valori mai mari ale tensiunii anodului și, după cum se poate vedea din Fig. 5-14, incremente egale ale lui B necesită incremente egale ale lui U a (liniile B = const cu incremente egale ale lui B sunt situate la aceeași distanță unele de altele). Cu alte cuvinte, tensiunea anodului este proporțională cu puterea câmpului magnetic, care este complet în concordanță cu formula (5-14) pentru tensiunea de prag. Valoarea lui U p aici poate fi determinată cu ușurință grafic continuând partea liniară a caracteristicilor B = const până la intersecția cu axa ordonatelor.

Curbele celei de-a doua familii (Pvyx = const) sunt de natură hiperbolice. Puterea de oscilație în magnetron este determinată de expresia P out = ηI a U a. Eficiența variază în funcție de I a și U a. Prin urmare, liniile Pвx = const nu sunt hiperbole regulate.

În fig. 5-14 se poate observa că I a = const iar odată cu creșterea U a crește randamentul magnetronului. Acest lucru se explică în principal prin faptul că o creștere a U a și B este însoțită de o scădere a razei generatricei și, în consecință, de o scădere a vitezei cu care electronii intră în anod. Cu o creștere a curentului anodic (la B = const), η crește mai întâi ușor și apoi scade.

Valoarea mică a lui η la curenți anodici foarte mici se explică prin pierderi mari de electroni. În plus, datorită intensității scăzute a oscilațiilor din rezonatoare, efectul de focalizare al câmpului electric alternativ este nesemnificativ. Electronii sunt slab grupați în spițe, iar condiția de sincronism este îndeplinită doar pentru o mică parte a electronilor. Cu o ușoară creștere a Ia, eficiența crește, deoarece influența acestor motive este slăbită. O creștere suplimentară a curentului este însoțită de o scădere a η din cauza creșterii componentei radiale a energiei cinetice la anod, precum și datorită respingerii reciproce a electronilor din spițe.

5-7. Caracteristicile de proiectare ale magnetronilor multicavitate

Condițiile de funcționare ale magnetronului diferă de condițiile de funcționare nu numai ale tuburilor cu vid convenționale, ci și ale altor dispozitive cu microunde. O parte semnificativă a electronilor emiși de catod revine înapoi. Acești electroni, lovind catodul cu o anumită cantitate de energie cinetică, îl încălzesc și provoacă o emisie secundară suplimentară de la suprafața catodului. Aproximativ 5% din puterea totală disipată în magnetron este eliberată la catod. Fluxul de electroni generat de emisia secundară constituie o parte semnificativă a fluxului de electroni emis de catod. Mărimea curentului de emisie secundară este astfel încât magnetronii continuă să funcționeze normal dacă circuitul de filament este deschis după ce sunt porniți. Prin urmare, catodul magnetron trebuie să furnizeze o emisie termoionică semnificativă numai în momentul în care este pornit. Particularitățile funcționării catodului într-un magnetron ar trebui să includă și un câmp electric puternic, deoarece, de obicei, potențialul anodului este egal cu câțiva kilovolți, iar în magnetroni puternici - zeci de kilovolți, în timp ce distanțele anod-catod nu depășesc câțiva centimetri. .

Catodul din magnetron trebuie să furnizeze un curent termoionic de înaltă densitate. De asemenea, trebuie să fie rezistent la supraîncălzire și câmpuri electrice puternice și, de asemenea, să mențină emisia constantă în timp.

Cel mai adesea, catozii de oxid încălziți sunt utilizați în magnetroni, care fac posibilă obținerea unei densități de curent de până la 40 A/cm 2 și sunt capabili să funcționeze în câmpuri electrice de până la 70 sq/cm. Coeficientul de emisie secundară al acestor catozi ajunge la câteva zeci. Magnetronii folosesc, de asemenea, catozi de tungsten-toriu, sinterizați dintr-o pulbere care conține 96% tungsten și 4% oxid de toriu. Acești catozi sunt foarte durabili, rezistenți la otrăvirea cu gaz și, după aprindere, restabilesc emisia inițială. Camera metalică-burete și catozii impregnați pot asigura o densitate de curent de până la 80 A/cm2 și funcționează stabil la tensiuni de până la 20 kV.

Un câmp magnetic constant joacă un rol important în funcționarea magnetronului. Pentru a obține o eficiență ridicată, inducția câmpului magnetic ar trebui să fie de ordinul 0,3-0,6 wb/m2. Un câmp magnetic atât de puternic este creat de magneți permanenți puternici de o formă specială (Fig. 5-15). În cazurile în care sunt necesare câmpuri magnetice deosebit de puternice, se folosesc magnetroni stivuiți, în care piesele polare din material feromagnetic servesc drept pereții de capăt ai blocului anodic. În stiva de magnetroni, spațiul de aer dintre poli este redus semnificativ, ceea ce face posibilă creșterea intensității câmpului magnetic sau reducerea greutății și dimensiunilor magnetronului permanent, care este de obicei mult mai greu și mai mare ca dimensiune decât magnetronul în sine.

Frecvența de oscilație în magnetron poate fi reglată prin schimbarea inductanței sau capacității sistemului oscilator folosind pini metalici - piston, scufundați în orificiile rezonatoarelor, sau folosind inele metalice speciale amplasate în caneluri pe suprafața de capăt a blocului. Ambele metode vă permit să modificați frecvența magnetronului cu cel mult 5-7% din frecvența de rezonanță. Cu o abatere de frecvență mai mare de la valoarea medie, condițiile de separare a oscilațiilor de tip antifază de tipurile învecinate se înrăutățesc.

5-8. Mitron

Definiție. Un mitron este un dispozitiv reglabil în frecvență care funcționează pe principiul unui magnetron cu mai multe cavități, dar diferă de acesta prin proiectarea unui sistem oscilator și a unui catod emițător de electroni.

Dispozitiv Mitronul este prezentat schematic în Fig. 5-16, a. Blocul anodic este un sistem (Fig. 5-16, b) sub forma a două discuri cu un număr de pini (segmente) îndreptate unul spre celălalt. Un cilindru metalic este plasat în centrul spațiului de interacțiune, care, spre deosebire de un magnetron cu mai multe cavități, nu este destinat emiterii de electroni. Acest cilindru, numit catod rece sau electrod negativ, împreună cu pinii formează un sistem oscilant. Catodul, sub forma unei spirale de wolfram, care emite electroni, este scos din spațiul de interacțiune și înconjurat de un electrod de control sub forma unui trunchi de con cu o gaură în mijloc. Folosind cablurile de disc, blocul anod este conectat la un sistem oscilator extern, a cărui configurație poate fi diferită. În fig. 5-16, c prezintă un sistem oscilator sub forma unei secțiuni scurtcircuitate a unui ghid de undă, a cărui lungime poate fi modificată folosind un piston scurtcircuitat. Cealaltă parte a ghidului de undă este un transformator de impedanță de undă, prin care un alimentator care merge la sarcină este conectat la mitron.

Bornele discului catodului rece, electrodului de control și blocului anod sunt separate electric prin cilindri ceramici.

Un câmp magnetic, al cărui vector de intensitate este paralel cu axa dispozitivului, ca într-un magnetron, este creat de magneți externi.

Sistemul oscilator anodic este de obicei împământat, catodului i se aplică o tensiune negativă și electrodului de comandă se aplică o tensiune negativă, dar de o valoare puțin mai mică, astfel încât între catod și acest electrod există un câmp accelerator.

Principiul de funcționare mitron este aproape identic cu principiul de funcționare al unui magnetron multicavitate. Mitron funcționează, de regulă, și în modul π-oscilațiilor; la fel ca în magnetron, în spațiul de interacțiune se formează spițe de electroni, rotindu-se sincron cu câmpul de înaltă frecvență, au loc aceleași procese de interacțiune energetică a electronilor cu câmpul, în care aceștia dau energie potențială undei.

Diferența constă într-un mod electric ușor diferit de cel al magnetronului, care este asigurat de catodul emițător îndepărtat din spațiul de interacțiune și utilizarea unui sistem oscilator extern suplimentar cu Q scăzut. Aceste diferențe fac posibilă controlul electronic al frecvenței de oscilație atunci când tensiunea anodului se modifică. Prin urmare, un mitron este uneori numit magnetron reglabil cu tensiune în literatură.

Într-un mitron, comparativ cu un magnetron, factorul de calitate Q al sistemului oscilator este redus semnificativ. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui sistem de încetinire, cum ar fi pinii contrar, un sistem care are o bandă mai largă decât un lanț închis de rezonatoare volumetrice în magnetron, precum și prin conectarea unui sistem oscilator extern, de exemplu sub formă de o secțiune de ghid de undă. O scădere a Q este însoțită în mod natural de o scădere a nivelului de energie stocată în circuit și, în consecință, de o scădere a amplitudinii oscilațiilor de înaltă frecvență și, ceea ce este deosebit de semnificativ, de o scădere a componentei reactive a circuitului. actual. Este destul de clar că reducerea amplitudinii câmpului de înaltă frecvență din circuit, adică în decalajul dintre pini, necesită o scădere a densității de încărcare a spațiului în spațiul de interacțiune, deoarece, în caz contrar, procesul de formare și focalizare de fază a spițele vor fi ineficiente. Într-un mitron, o scădere a încărcăturii spațiale în spațiul de interacțiune este realizată în principal datorită designului unității catodice. Numărul de electroni care intră în spațiul de interacțiune este reglat de potențialul U.e al electrodului de control. Studiile experimentale au arătat că [L. 7], că pe măsură ce densitatea de sarcină spațială scade, gradul de modulare a fluxului de electroni în densitate crește. Cu alte cuvinte, o scădere a numărului de electroni care intră în spațiul de interacțiune duce în principal la o scădere a numărului de electroni nefuncționați; densitatea încărcăturii spațiale în spițe scade semnificativ mai puțin. Modul optim de funcționare al mitronului se realizează atunci când valoarea curentului anodic este de aproximativ o treime din curent datorită fluxului de electroni prin orificiul electrodului de control.

Este foarte important ca în acest mod de formare a unei sarcini spațiale în spațiul de interacțiune, mărimea curentului anodic se dovedește a fi limitată. Cu alte cuvinte, o creștere a tensiunii anodului nu poate duce la o creștere semnificativă a curentului anodului.

Odată cu o modificare a tensiunii anodului în mitron, ca și în magnetron, sunt încălcate condițiile de sincronizare a rotației câmpului de microunde și a spițelor electronice. Apare o schimbare de fază între câmpul electric și curentul de electroni și are loc conductivitate electronică reactivă. Pentru a obține echilibrul de fază la o nouă valoare a lui U a, conductivitatea reactivă a rezonatorului trebuie, de asemenea, să se modifice. Această modificare va atrage în mod natural o modificare a frecvenței de oscilație. Dar într-un magnetron, unde, datorită factorului de înaltă calitate, curentul reactiv al rezonatorului este mult mai mare decât componenta reactivă a curentului electronic, această modificare a frecvenței este mică. Într-un mitron cu un sistem oscilator cu Q scăzut, schimbarea frecvenței se dovedește a fi semnificativă.

În plus, din cauza limitării curentului în mitron, o modificare a tensiunii anodului și a frecvenței de oscilație nu este însoțită, așa cum a fost cazul magnetronului (vezi Fig. 5-14), de o schimbare bruscă a puterii.

Caracteristici și parametri de performanță. Principalele caracteristici ale mitronului sunt dependențele Pvyx = f(U a); I a = φ(U a) și ω = ψ(U a) (Fig. 5-17).

Lățimea de bandă Δω a reglajului electronic al frecvenței depinde de designul dispozitivului și poate varia pentru diferite tipuri de mitroni de la 15% față de frecvența medie de operare la o octavă (ω max /ω min ≈ 2) sau mai mult. Extinderea benzii Δω este inevitabil însoțită de o scădere a puterii de ieșire Pout și a eficienței.

Astfel, în mitronii de bandă relativ îngustă, puterea de ieșire este măsurată în unități sau zeci de wați atunci când valoarea lui P out se modifică în domeniul de acordare a frecvenței cu cel mult 2-3 dB și eficiența este de până la 40%.

Când banda Δω este extinsă la o octavă, puterea de ieșire scade la 0,5-3 W, iar eficiența scade la 15-25%.

Cantitatea de putere de ieșire din mitron poate fi ajustată folosind tensiunea U y.e de pe electrodul de control. Cu toate acestea, cu o creștere a U y.e, frecvența oscilațiilor generate se modifică inevitabil (Fig. 5-18).

Gradul de modificare a frecvenței când se modifică tensiunea U a și U y.e nu este diferit. Panta S a curbei ω = ψ(U a) este de 0,5-5 MHz/v, iar panta S y.e nu depășește 0,9 MHz/v. Mitronii sunt folosiți în principal ca oscilatoare locale de putere mică. În ceea ce privește propriile niveluri de zgomot, ele sunt în prezent inferioare klystronilor reflectorizați și tuburilor cu undă inversă de tip O.

Din păcate, toate echipamentele au propria durată de viață, iar cuptoarele cu microunde nu fac excepție. Uneori descoperim că durează mai mult pentru a încălzi un fel de mâncare decât de obicei. Și uneori dispozitivul pare să funcționeze corect, dar mâncarea rămâne rece. Adesea, motivul acestui comportament la microunde este un magnetron defect. Unde se află această piesă și cum să o verific?

Cuptoarele cu microunde pot varia foarte mult unele de altele, dar există un detaliu fără de care niciun model existent, fie că este vorba despre Samsung, Philips sau alt brand cunoscut, nu poate funcționa.

Totul depinde de un magnetron de înaltă calitate.

În ce constă această parte?

1. Pentru a emite unde, dispozitivul este echipat cu o antenă specială.
2. Pentru a izola antena de suprafața de lucru, se folosește un cilindru special din metal de înaltă calitate.
3. Un circuit magnetic special este responsabil pentru distribuția câmpurilor magnetice.
4. Dar magneții sunt responsabili pentru distribuția fluxurilor.
5. Pentru a vă asigura că piesa nu se supraîncălzi, o componentă importantă pentru aceasta este un radiator.
6. Pentru a preveni daunele radiațiilor cu microunde, magnetronul este echipat cu filtre speciale.

Un astfel de design ca un magnetron este de înțeles doar profesioniștilor. A-l repara singur este un proces care necesită forță de muncă și nu este recunoscător. Dacă sunteți sigur că aceasta este problema, este mai bine să contactați un specialist.

Ce probleme pot apărea

După ce am studiat designul magnetronului, devine clar că nu întreaga piesă eșuează. Poate că unele dintre părțile sale nu funcționează, care trebuie instalate. Există mai multe cauze comune ale eșecului. Cum să verificați magnetronul și să aflați unde este exact defecțiunea?

1. Una dintre componentele importante ale magnetronului este un capac special care menține vidul țevii. Dacă aceasta este problema, înlocuirea acesteia nu va fi dificilă.
2. Dacă piesa se supraîncălzi, înseamnă că radiatorul s-a defectat.
3. Supraîncălzirea poate cauza ruperea filamentului. Pentru a diagnostica această defecțiune veți avea nevoie de un tester special. In stare de functionare, firul prezinta o tensiune de 5-7 Ohmi. Dacă eșuează, tensiunea va scădea la 2-3 Ohmi, dar dacă apare o întrerupere, dispozitivul va afișa infinit.
4. Defecțiunea filtrului este verificată de un tester. Dacă piesa funcționează corect, dispozitivul va afișa infinit; dacă se rupe, veți vedea rezistența numerică.

Există defecțiuni pe care nu le puteți diagnostica singur. Pentru a face acest lucru, trebuie să aveți nu numai cunoștințe, ci și echipamente speciale.

Cum se verifică magnetronul

Costul înlocuirii acestei piese este atât de mare încât mulți oameni preferă să cumpere un cuptor cu microunde nou decât să îl repare pe cel vechi. Înainte de a trimite un dispozitiv deteriorat la coșul de gunoi, trebuie să vă asigurați că problema se află în această parte costisitoare. Pentru a face acest lucru, trebuie să faceți anumite manipulări:

1. Primul lucru pe care ar trebui să-l faceți pentru a testa magnetronul este să opriți alimentarea cuptorului cu microunde prin deconectarea dispozitivului.
2. Inspectați pereții interiori ai cuptorului cu microunde. Dacă magnetronul funcționează defectuos, veți găsi zone topite, pereți întunecați sau arse.
3. Dacă nu există semne externe, este necesar să se diagnosticheze cu un tester.
4. Verificați dacă siguranța este bună.

Principalele semne că magnetronul a eșuat sunt sunete ciudate, fum sau. După astfel de manifestări externe, cuptorul cu microunde încetează să funcționeze corect.

Instalarea unei piese noi

Dacă aveți un model scump de cuptor cu microunde, atunci este mai înțelept să înlocuiți piesa ruptă decât să cumpărați o sobă nouă. Desigur, cel mai bine este să contactați un centru de service, dar puteți încerca să îl înlocuiți singur.

Când cumpărați un magnetron nou, acordați atenție aceleiași puteri, contacte și orificii de montare. În caz contrar, riscați să cumpărați o piesă inutilă.

Conectarea unui nou magnetron nu este dificilă, deoarece doar a făcut-o două contacte principale. Informații detaliate despre toate simbolurile sunt pe diagramă; principalul lucru este să verificați conformitatea următoarelor părți ale dispozitivului:

1. Antena trebuie să se potrivească cu diametrul celui din fabrică.
2. Asigurați-vă că noul dispozitiv este atașat ferm de ghidul de undă.
3. Lungimea antenei defecte trebuie să se potrivească cu cea nouă.

Cel mai bine este să deșurubați piesa veche și să o duceți la centrul de service, astfel încât specialiștii să o poată selecta pe cea de care aveți nevoie.

Concluzie

Un cuptor cu microunde este un asistent indispensabil în orice bucătărie. Cu ajutorul lui, puteți încălzi rapid mâncarea și puteți pregăti un preparat delicios. Defectarea acestui miracol tehnic provoacă o oarecare stupoare și paralizează ritmul obișnuit al vieții. Multe dintre aceste probleme pot fi rezolvate pe cont propriu, dar dacă magnetronul eșuează, contactați un specialist. Efectuarea reparațiilor singur este periculoasă nu numai pentru echipament, ci și pentru tine.