Bagaimana magnetron bekerja dan bekerja

Magnetron - perangkat elektronik khusus di mana pembangkitan osilasi frekuensi sangat tinggi (osilasi gelombang mikro) dilakukan dengan memodulasi aliran elektron dalam hal kecepatan. Magnetron telah sangat memperluas bidang penerapan pemanasan dengan arus frekuensi tinggi dan sangat tinggi.

Amplitron (platinotron), klystron, dan lampu gelombang berjalan berdasarkan prinsip yang sama lebih jarang.

Magnetron adalah generator paling canggih dari frekuensi gelombang mikro berdaya tinggi. Ini adalah lampu yang dievakuasi dengan baik dengan berkas elektron yang dikendalikan oleh medan listrik dan magnet. Mereka memungkinkan untuk mendapatkan gelombang yang sangat pendek (hingga sepersekian sentimeter) dengan kekuatan yang signifikan.

Magnetron menggunakan pergerakan elektron dalam medan listrik dan magnet yang saling tegak lurus yang dibuat di celah annular antara katoda dan anoda. Tegangan anodik diterapkan di antara elektroda, menciptakan medan listrik radial di bawah pengaruh elektron yang dikeluarkan dari katoda yang dipanaskan mengalir ke anoda.

Blok anoda ditempatkan di antara kutub elektromagnet, yang menciptakan medan magnet di celah annular yang diarahkan sepanjang sumbu magnetron. Di bawah pengaruh medan magnet, elektron menyimpang dari arah radial dan bergerak sepanjang lintasan spiral yang kompleks. Di ruang antara katoda dan anoda, awan elektron yang berputar dengan lidah terbentuk, mengingatkan pada hub roda dengan jari-jari. Terbang melewati slot resonator rongga anoda, elektron membangkitkan osilasi frekuensi tinggi di dalamnya.

Beras. 1. Blok anoda magnetron

Setiap resonator rongga adalah sistem osilasi dengan parameter terdistribusi. Medan listrik terkonsentrasi di slot dan medan magnet terkonsentrasi di dalam rongga.

Energi keluaran dari magnetron direalisasikan melalui loop induktif yang ditempatkan di satu atau lebih sering dua resonator yang berdekatan. Kabel koaksial memasok daya ke beban.

Beras. 2. Perangkat magnetron

Pemanasan dengan arus gelombang mikro dilakukan dalam pandu gelombang dengan penampang lingkaran atau persegi panjang atau dalam resonator volume di mana gelombang elektromagnetik bentuk paling sederhana TE10 (H10) (dalam pandu gelombang) atau TE101 (dalam resonator rongga). Pemanasan juga dapat dilakukan dengan cara memancarkan gelombang elektromagnetik ke benda yang dipanaskan.

Magnetron ditenagai oleh arus yang diperbaiki dengan rangkaian penyearah yang disederhanakan. Unit berdaya sangat rendah dapat diberi daya AC.

Magnetron dapat beroperasi pada frekuensi yang berbeda dari 0,5 hingga 100 GHz, dengan daya dari beberapa W hingga puluhan kW dalam mode kontinu dan dari 10 W hingga 5 MW dalam mode pulsa dengan durasi pulsa terutama dari pecahan hingga puluhan mikrodetik.

Beras. 2. Magnetron dalam oven microwave

Kesederhanaan perangkat dan biaya magnetron yang relatif rendah, dikombinasikan dengan pemanasan intensitas tinggi dan beragam aplikasi arus gelombang mikro, membuka prospek besar untuk penggunaannya di berbagai bidang industri, pertanian (misalnya, dalam instalasi pemanas dielektrik) dan di rumah (oven microwave).

Operasi magnetron

Jadi magnetronnya lampu listrik desain khusus yang digunakan untuk menghasilkan osilasi frekuensi sangat tinggi (dalam kisaran gelombang desimeter dan sentimeter) Karakteristiknya adalah penggunaan medan magnet permanen (untuk membuat jalur yang diperlukan untuk pergerakan elektron di dalam lampu), dari yang mendapatkan namanya dari magnetron.

Magnetron multi-ruang, ide yang pertama kali diusulkan oleh M. A. Bonch-Bruevich dan direalisasikan oleh insinyur Soviet D. E. Malyarov dan N. F. Alekseev, adalah kombinasi tabung elektron dengan resonator volume. Ada beberapa resonator rongga dalam magnetron, oleh karena itu jenis ini disebut multi-chamber atau multi-cavity.

Prinsip desain dan pengoperasian magnetron multi-ruang adalah sebagai berikut. Anoda perangkat adalah silinder berongga besar, di permukaan bagian dalamnya dibuat sejumlah rongga berlubang (rongga ini adalah resonator volume), katoda terletak di sepanjang sumbu silinder.

Magnetron ditempatkan dalam medan magnet permanen yang diarahkan sepanjang sumbu silinder. Elektron yang keluar dari katoda di sisi medan magnet ini dipengaruhi oleh gaya Lorentz, yang membengkokkan jalur elektron.

Medan magnet dipilih agar sebagian besar elektron bergerak sepanjang jalur melengkung yang tidak menyentuh anoda. Jika kamera perangkat (resonator rongga) muncul getaran listrik (fluktuasi kecil dalam volume selalu terjadi karena berbagai alasan, misalnya, sebagai akibat dari menyalakan tegangan anoda), maka medan listrik bolak-balik tidak hanya ada di dalam bilik, tetapi juga di luar, dekat lubang (slot).

Elektron yang terbang di dekat anoda jatuh ke medan ini dan, tergantung pada arah medan, mempercepat atau melambat di dalamnya. Ketika elektron dipercepat oleh medan, mereka mengambil energi dari resonator, sebaliknya, ketika diperlambat, mereka menyerahkan sebagian energinya ke resonator.

Jika jumlah elektron yang dipercepat dan diperlambat sama, maka rata-rata elektron tersebut tidak akan memberikan energi pada resonator. Tetapi elektron yang diperlambat kemudian memiliki kecepatan yang lebih rendah daripada yang mereka dapatkan saat bergerak ke anoda. Oleh karena itu, mereka tidak lagi memiliki cukup energi untuk kembali ke katoda.

Sebaliknya, elektron-elektron yang dipercepat oleh medan resonator kemudian memiliki energi lebih besar dari yang dibutuhkan untuk kembali ke katoda. Oleh karena itu, elektron yang memasuki bidang resonator pertama, dipercepat di dalamnya, akan kembali ke katoda, dan yang diperlambat di dalamnya tidak akan kembali ke katoda, tetapi akan bergerak di sepanjang jalur melengkung di dekat anoda dan jatuh. ke bidang resonator berikut.

Pada kecepatan gerakan yang sesuai (yang entah bagaimana terkait dengan frekuensi osilasi dalam resonator), elektron-elektron ini akan jatuh ke bidang resonator kedua dengan fase osilasi yang sama di dalamnya seperti di bidang resonator pertama, oleh karena itu , di bidang resonator kedua , mereka juga akan melambat.

Jadi, dengan pilihan kecepatan elektron yang sesuai, yaitutegangan anoda (serta medan magnet, yang tidak mengubah kecepatan elektron, tetapi mengubah arahnya), adalah mungkin untuk mencapai situasi sedemikian rupa sehingga elektron individu akan dipercepat oleh bidang hanya satu resonator, atau diperlambat oleh bidang beberapa resonator.

Oleh karena itu, elektron rata-rata akan memberikan lebih banyak energi ke resonator daripada yang akan diambil darinya, yaitu, osilasi yang terjadi pada resonator akan meningkat dan, pada akhirnya, osilasi dengan amplitudo konstan akan terbentuk di dalamnya.

Proses mempertahankan osilasi dalam resonator, yang kami pertimbangkan dengan cara yang disederhanakan, disertai dengan fenomena penting lainnya, karena elektron, untuk diperlambat oleh medan resonator, harus terbang ke medan ini pada fase osilasi tertentu. dari resonator, jelas adalah bahwa mereka harus bergerak dalam aliran yang tidak seragam (t. kemudian mereka akan memasuki bidang resonator kapan saja, tidak pada waktu tertentu, tetapi dalam bentuk bundel individu.

Untuk ini, seluruh aliran elektron harus seperti bintang, di mana elektron bergerak ke dalam dalam balok terpisah, dan seluruh bintang secara keseluruhan berputar di sekitar sumbu magnetron dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga berkasnya masuk ke setiap ruang di saat-saat yang tepat. Proses pembentukan balok terpisah dalam berkas elektron disebut pemfokusan fase dan dilakukan secara otomatis di bawah aksi medan variabel resonator.

Magnetron modern mampu menciptakan getaran hingga frekuensi tertinggi dalam kisaran sentimeter (gelombang hingga 1 cm dan bahkan lebih pendek) dan menghantarkan daya hingga beberapa ratus watt dengan radiasi terus menerus dan beberapa ratus kilowatt dengan radiasi berdenyut.

Lihat juga:Contoh penggunaan magnet permanen dalam teknik elektro dan energi