Magnetron nasıl çalışır ve çalışır?

Magnetron - elektron akışını hız açısından modüle ederek ultra yüksek frekanslı salınımların (mikrodalga salınımları) üretilmesinin gerçekleştirildiği özel bir elektronik cihaz. Magnetronlar, yüksek ve ultra yüksek frekanslı akımlarla ısıtma uygulama alanını büyük ölçüde genişletti.

Aynı prensibe dayanan amplitronlar (platinotronlar), klystronlar ve yürüyen dalga lambaları daha az yaygındır.

Magnetron, yüksek güçlü mikrodalga frekanslarının en gelişmiş üreticisidir. Elektrik ve manyetik alan tarafından kontrol edilen bir elektron ışınına sahip iyi tahliye edilmiş bir lambadır. Önemli güçlerde çok kısa dalgalar (bir santimetrenin kesirlerine kadar) elde etmeyi mümkün kılarlar.

Magnetronlar, elektronların katot ve anot arasındaki dairesel boşlukta oluşturulan karşılıklı olarak dik elektrik ve manyetik alanlardaki hareketini kullanır. Elektrotlar arasına anodik bir voltaj uygulanarak, etkisi altında ısıtılmış katottan çıkarılan elektronların anoda aktığı radyal bir elektrik alanı oluşturulur.

Anot bloğu, magnetronun ekseni boyunca yönlendirilen dairesel boşlukta bir manyetik alan oluşturan bir elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilir. Bir manyetik alanın etkisi altında, elektron radyal yönden sapar ve karmaşık bir spiral yörünge boyunca hareket eder. Katot ve anot arasındaki boşlukta, parmaklıklı bir tekerleğin göbeğine benzeyen, dilleri olan dönen bir elektron bulutu oluşur. Anot boşluğu rezonatörlerinin yarıklarının yanından geçen elektronlar, içlerinde yüksek frekanslı salınımları harekete geçirir.

Pirinç. 1. Magnetron anot bloğu

Boşluk rezonatörlerinin her biri, dağıtılmış parametrelere sahip bir salınım sistemidir. Elektrik alan yuvalarda yoğunlaşmıştır ve manyetik alan boşluk içinde yoğunlaşmıştır.

Magnetrondan çıkış enerjisi, bir veya daha fazla sıklıkla iki bitişik rezonatöre yerleştirilen bir endüktif döngü aracılığıyla gerçekleştirilir. Koaksiyel kablo yüke güç sağlar.

Pirinç. 2. Magnetron cihazı

Mikrodalga akımları ile ısıtma, dairesel veya dikdörtgen kesitli dalga kılavuzlarında veya hacim rezonatörlerinde gerçekleştirilir. elektromanyetik dalgalar en basit formlar TE10 (H10) (dalga kılavuzlarında) veya TE101'i (boşluk rezonatörlerinde). Isıtma, ısıtılan nesneye bir elektromanyetik dalga yayarak da yapılabilir.

Magnetronlar, basitleştirilmiş bir doğrultucu devresi ile doğrultulmuş akımla çalıştırılır. Çok düşük güçlü üniteler AC ile çalıştırılabilir.

Magnetronlar, 0,5 ila 100 GHz arasındaki farklı frekanslarda, sürekli modda birkaç W'tan onlarca kW'a kadar ve darbeli modda 10 W'tan 5 MW'a kadar güçlerle, çoğunlukla kesirlerden onlarca mikrosaniyeye kadar olan darbe süreleriyle çalışabilir.

Pirinç. 2. Mikrodalga fırında magnetron

Cihazın basitliği ve magnetronların nispeten düşük maliyeti, yüksek ısıtma yoğunluğu ve mikrodalga akımlarının çeşitli uygulamaları ile birleştiğinde, çeşitli endüstri alanlarında, tarımda (örneğin, dielektrik ısıtma tesisatları) ve evde (mikrodalga fırın).

magnetron işlemi

Yani bu magnetron elektrik lambası ultra yüksek frekanslı salınımlar (desimetre ve santimetre dalga aralığında) üretmek için kullanılan özel bir tasarım.Karakteristik özelliği, kalıcı bir manyetik alanın kullanılmasıdır (elektronların lamba içindeki hareketi için gerekli yolları oluşturmak için), magnetronun adını aldığı.

Fikri ilk olarak M. A. Bonch-Bruevich tarafından önerilen ve Sovyet mühendisleri D. E. Malyarov ve N. F. Alekseev tarafından gerçekleştirilen çok odacıklı magnetron, bir elektron tüpünün hacim rezonatörleriyle birleşimidir. Bir magnetronda bu boşluk rezonatörlerinden birkaç tane vardır, bu yüzden bu türe çok bölmeli veya çok boşluklu denir.

Çok odacıklı bir magnetronun tasarım ve çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Cihazın anodu, iç yüzeyinde bir dizi delikli oyukların yapıldığı (bu boşluklar hacim rezonatörleridir), katot silindirin ekseni boyunca yerleştirilmiş büyük bir içi boş silindirdir.

Magnetron, silindirin ekseni boyunca yönlendirilmiş kalıcı bir manyetik alana yerleştirilir. Bu manyetik alan tarafında katottan kaçan elektronlar aşağıdakilerden etkilenir: Lorentz kuvvetielektronların yolunu büken.

Manyetik alan, elektronların çoğu anoda temas etmeyen kavisli yollar boyunca hareket edecek şekilde seçilir. Cihaz kameraları (boşluk rezonatörleri) görünürse elektriksel titreşimler (hacimlerdeki küçük dalgalanmalar her zaman çeşitli nedenlerle, örneğin anot voltajının açılmasının bir sonucu olarak meydana gelir), o zaman sadece odaların içinde değil, aynı zamanda deliklerin (yuvaların) yakınında da alternatif bir elektrik alanı vardır.

Anodun yakınında uçan elektronlar bu alanlara düşer ve alanın yönüne bağlı olarak bu alanlarda hızlanır veya yavaşlar. Elektronlar bir alan tarafından hızlandırıldıklarında rezonatörlerden enerji alırlar, aksine yavaşlatıldıklarında enerjilerinin bir kısmını rezonatörlere verirler.

Hızlandırılmış ve yavaşlatılmış elektronların sayısı aynı olsaydı, ortalama olarak rezonatörlere enerji vermezlerdi. Ancak yavaşlatılan elektronlar, anoda hareket ederken elde ettiklerinden daha düşük bir hıza sahip olurlar. Bu nedenle artık katoda dönmek için yeterli enerjileri yoktur.

Aksine, rezonatör alanı tarafından hızlandırılan elektronlar katoda geri dönmek için gerekenden daha fazla enerjiye sahiptir. Bu nedenle, birinci rezonatörün alanına giren, içinde hızlanan elektronlar katoda geri dönecek ve içinde yavaşlayanlar katoda geri dönmeyecek, anot yakınındaki kavisli yollar boyunca hareket edip düşeceklerdir. aşağıdaki rezonatörlerin alanına.

Uygun bir hareket hızında (bir şekilde rezonatörlerdeki salınımların frekansı ile ilişkilidir), bu elektronlar ikinci rezonatörün alanına birinci rezonatörün alanındakiyle aynı salınım fazıyla düşecektir, bu nedenle , ikinci rezonatörün alanında da yavaşlayacaklar.

Böylece, uygun bir elektron hızı seçimi ile, yanianot voltajı (elektronun hızını değiştirmeyen ancak yönünü değiştiren manyetik alanın yanı sıra), tek bir elektronun ya yalnızca bir rezonatörün alanı tarafından hızlandırılacağı bir duruma ulaşmak mümkündür, veya birkaç rezonatörün alanı tarafından yavaşlatılır.

Bu nedenle elektronlar ortalama olarak rezonatörlere kendilerinden alacaklarından daha fazla enerji verecekler, yani rezonatörlerde meydana gelen salınımlar artacak ve sonunda onlarda sabit genlikli salınımlar oluşacaktır.

Bizim tarafımızdan basitleştirilmiş bir şekilde ele alınan rezonatörlerde salınımları sürdürme sürecine başka bir önemli fenomen eşlik eder, çünkü elektronların rezonatör alanı tarafından yavaşlatılması için belirli bir salınım aşamasında bu alana uçması gerekir. rezonatörün tekdüze olmayan bir akışta hareket etmeleri gerektiği açıktır (yani, o zaman rezonatör alanına herhangi bir zamanda, belirli zamanlarda değil, bireysel demetler şeklinde girerler.

Bunun için, tüm elektron akışının, elektronların içinde ayrı ışınlar halinde hareket ettiği bir yıldız gibi olması gerekir ve tüm yıldız bir bütün olarak magnetronun ekseni etrafında öyle bir hızla döner ki ışınları her odaya gelir. doğru anlar Elektron ışınında ayrı ışınların oluşum sürecine faz odaklama denir ve rezonatörlerin değişken alanının etkisi altında otomatik olarak gerçekleştirilir.

Modern magnetronlar, santimetre aralığındaki en yüksek frekanslara kadar (1 cm'ye kadar ve hatta daha kısa dalgalar) titreşimler yaratma ve sürekli radyasyonla birkaç yüz watt'a ve darbeli radyasyonla birkaç yüz kilovata kadar güç sağlama yeteneğine sahiptir.

Ayrıca bakınız:Kalıcı mıknatısların elektrik mühendisliği ve enerjide kullanımına örnekler