Com funciona i funciona el magnetró
Magnetron - un dispositiu electrònic especial en el qual la generació d'oscil·lacions d'ultra-alta freqüència (oscil·lacions de microones) es realitza modulant el flux d'electrons en termes de velocitat. Els magnetrons han ampliat molt el camp d'aplicació de la calefacció amb corrents d'alta i ultraalta freqüència.
Els amplitrons (platinotrons), els klystrons i les làmpades d'ona viatgera basades en el mateix principi són menys comuns.
El magnetró és el generador més avançat de freqüències de microones d'alta potència. És una làmpada ben evacuada amb un feix d'electrons controlat per un camp elèctric i magnètic. Permeten obtenir ones molt curtes (fins a fraccions de centímetre) a potències importants.
Els magnetrons utilitzen el moviment dels electrons en camps elèctrics i magnètics mútuament perpendiculars creats a l'espai anular entre el càtode i l'ànode. S'aplica una tensió anòdica entre els elèctrodes, creant un camp elèctric radial sota la influència del qual els electrons extrets del càtode escalfat es dirigeixen cap a l'ànode.
El bloc d'ànode es col·loca entre els pols d'un electroimant, que crea un camp magnètic a l'espai anular dirigit al llarg de l'eix del magnetró. Sota la influència d'un camp magnètic, l'electró es desvia de la direcció radial i es mou al llarg d'una complexa trajectòria en espiral. A l'espai entre el càtode i l'ànode, es forma un núvol d'electrons giratori amb llengüetes, que recorda el nucli d'una roda amb radis. Volant més enllà de les ranures dels ressonadors de la cavitat de l'ànode, els electrons exciten oscil·lacions d'alta freqüència en ells.
Arròs. 1. Bloc d'ànode de magnetró
Cadascun dels ressonadors de cavitat és un sistema oscil·latori amb paràmetres distribuïts. El camp elèctric es concentra a les ranures i el camp magnètic es concentra a l'interior de la cavitat.
L'energia de sortida del magnetró es realitza mitjançant un bucle inductiu col·locat en un o més sovint dos ressonadors adjacents. El cable coaxial subministra energia a la càrrega.
Arròs. 2. Dispositiu de magnetró
L'escalfament amb corrents de microones es realitza en guies d'ones de secció circular o rectangular o en ressonadors de volum en els quals ones electromagnètiques les formes més simples TE10 (H10) (en guies d'ones) o TE101 (en ressonadors de cavitat). L'escalfament també es pot fer emetent una ona electromagnètica a l'objecte que s'escalfa.
Els magnetrons són alimentats per corrent rectificat amb un circuit rectificador simplificat. Les unitats de molt baixa potència poden ser alimentades amb CA.
Els magnetrons poden funcionar a diferents freqüències de 0,5 a 100 GHz, amb potències d'uns pocs W a desenes de kW en mode continu i de 10 W a 5 MW en mode polsat amb durades de pols principalment de fraccions a desenes de microsegons.
Arròs. 2. Magnetró en un forn de microones
La senzillesa del dispositiu i el cost relativament baix dels magnetrons, combinat amb una gran intensitat de calefacció i diverses aplicacions de corrents de microones, obren grans perspectives per al seu ús en diversos camps de la indústria, l'agricultura (per exemple, en instal·lacions de calefacció dielèctrica) i a casa (forn microones).
Funcionament del magnetró
Així que és el magnetró llum elèctrica un disseny especial utilitzat per generar oscil·lacions d'ultra-alta freqüència (en el rang d'ones decímètriques i centímetres) La seva característica és l'ús d'un camp magnètic permanent (per crear els camins necessaris per al moviment dels electrons a l'interior del llum), des de que el magnetró va rebre el seu nom.
El magnetró multicamera, la idea del qual va ser proposada per primera vegada per M. A. Bonch-Bruevich i realitzada pels enginyers soviètics D. E. Malyarov i N. F. Alekseev, és una combinació d'un tub d'electrons amb ressonadors de volum. Hi ha diversos d'aquests ressonadors de cavitat en un magnetró, motiu pel qual aquest tipus s'anomena multicambra o multicavitat.
El principi de disseny i funcionament d'un magnetró multicamera és el següent. L'ànode del dispositiu és un cilindre buit massiu, a la superfície interior del qual es fan una sèrie de cavitats amb forats (aquestes cavitats són ressonadors de volum), el càtode es troba al llarg de l'eix del cilindre.
El magnetró es col·loca en un camp magnètic permanent dirigit al llarg de l'eix del cilindre. Els electrons que escapen del càtode al costat d'aquest camp magnètic es veuen afectats Força de Lorentz, que doblega el camí dels electrons.
El camp magnètic s'escull de manera que la majoria dels electrons es moguin per camins corbes que no toquin l'ànode. Si apareixen les càmeres del dispositiu (ressonadors de cavitat). vibracions elèctriques (les petites fluctuacions dels volums sempre es produeixen per diverses raons, per exemple, com a resultat de l'activació de la tensió de l'ànode), aleshores hi ha un camp elèctric altern no només a l'interior de les cambres, sinó també a l'exterior, a prop dels forats (ranures).
Els electrons que volen prop de l'ànode cauen en aquests camps i, depenent de la direcció del camp, s'acceleren o deceleren. Quan els electrons són accelerats per un camp, prenen energia dels ressonadors, al contrari, quan es desacceleren, ceden part de la seva energia als ressonadors.
Si el nombre d'electrons accelerats i desaccelerats fos el mateix, de mitjana no donarien energia als ressonadors. Però els electrons, que s'alenteixen, tenen una velocitat inferior a la que aconsegueixen quan es mouen a l'ànode. Per tant, ja no tenen prou energia per tornar al càtode.
Al contrari, aquells electrons que van ser accelerats pel camp ressonador posseeixen llavors una energia superior a la necessària per tornar al càtode. Per tant, els electrons que, entrant al camp del primer ressonador, hi són accelerats, tornaran al càtode, i els que hi són alentits no tornaran al càtode, sinó que es mouran per camins corbes prop de l'ànode i cauran. al camp dels següents ressonadors.
A una velocitat de moviment adequada (que d'alguna manera està relacionada amb la freqüència d'oscil·lacions en els ressonadors), aquests electrons cauran al camp del segon ressonador amb la mateixa fase d'oscil·lacions que en el camp del primer ressonador, per tant. , en el camp del segon ressonador , també disminuiran la velocitat.
Així, amb una elecció adequada de la velocitat dels electrons, és a dir.tensió de l'ànode (així com el camp magnètic, que no canvia la velocitat de l'electró, sinó que canvia la seva direcció), és possible aconseguir una situació tal que un electró individual sigui accelerat pel camp d'un sol ressonador, o desaccelerat pel camp de diversos ressonadors.
Per tant, els electrons donaran, de mitjana, més energia als ressonadors de la que els llevaran, és a dir, augmentaran les oscil·lacions que es produeixin en els ressonadors i, finalment, s'establiran en ells oscil·lacions d'amplitud constant.
El procés de manteniment d'oscil·lacions en els ressonadors, considerat per nosaltres de manera simplificada, va acompanyat d'un altre fenomen important, ja que els electrons, per ser frenats pel camp del ressonador, han de volar cap a aquest camp en una determinada fase d'oscil·lació. del ressonador, òbviament és que s'han de moure en un flux no uniforme (t. llavors entrarien al camp del ressonador en qualsevol moment, no en determinats moments, sinó en forma de paquets individuals.
Per a això, tot el corrent d'electrons ha de ser com una estrella, en la qual els electrons es mouen a l'interior en feixos separats, i tota l'estrella en conjunt gira al voltant de l'eix del magnetró a una velocitat tal que els seus feixos entren a cada cambra al els moments adequats. El procés de formació de feixos separats en el feix d'electrons s'anomena enfocament de fase i es realitza automàticament sota l'acció del camp variable dels ressonadors.
Els magnetrons moderns són capaços de crear vibracions fins a les freqüències més altes en el rang centímetre (ones de fins a 1 cm i fins i tot més curtes) i oferir una potència de fins a diversos centenars de watts amb radiació contínua i diversos centenars de quilowatts amb radiació polsada.
Vegeu també:Exemples d'ús d'imants permanents en enginyeria elèctrica i energia