Определение. Магнетроните с много кухини са електронни устройства, в които образуването на електронен поток и неговото взаимодействие с променливи електрически полета на редица колебателни резонаторни вериги се извършва в стационарни кръстосани електрически и магнитни полета. Магнетроните служат като генератори на непрекъснати трептения в диапазона от милиметрови до метрови вълни.
устройство. Анодният блок на магнетрон с много кухини (фиг. 5-1) е нисък меден цилиндър с редица отвори, успоредни на оста на цилиндъра. Заедно със слотовете, свързващи тези отвори с централния, те образуват обемни резонатори. По този начин анодният блок е система от свързани вериги. Частта от анодния блок, затворена между два съседни процепа, се нарича сегмент. В централния отвор има катод под формата на цилиндър, чиято странична повърхност е покрита с оксиден слой. Пространството между катода и анодния блок се нарича пространство на взаимодействие. Тук потокът от електрони, движещ се от катода към анода, взаимодейства с променливи електрически полета, концентрирани близо до процепите на осцилаторните системи. Един от резонаторите има свързваща верига, с помощта на която енергията на високочестотните трептения се отстранява от магнетрона. По правило анодният блок на магнетрона е заземен и на катода се осигурява доста висок отрицателен потенциал.
Магнетронът е поставен в постоянно магнитно поле, генерирано от постоянен магнит, чиито полюси са разположени близо до крайните повърхности на анодния блок. Следователно движението на електроните в пространството на взаимодействие е подобно на движението на електрони в система от цилиндрични електроди, поставени в аксиално магнитно поле (фиг. 4-5). Траекториите на електроните в магнетрона обаче са по-сложни, тъй като в допълнение към постоянните електрически и магнитни полета има променливо електрическо поле в пространството на взаимодействие, което влияе върху движението на електроните.
Принцип на действие. Механизмът за възникване на незатихващи трептения в магнетрона е същият като във всеки автоосцилатор. Първоначалните трептения в магнетронните резонатори възникват в резултат на флуктуации в електронния поток. Честотата на тези трептения в общия случай е малко по-различна от естествената резонансна честота на осцилаторните системи, тъй като анодният блок на магнетрона образува система от сложно свързани вериги. Трептенията се поддържат от енергията на източник на постоянно напрежение анод - катод, който се предава на вълновото поле с помощта на електронен поток, ускорен от постоянно електрическо поле и взаимодействащ с променливо електрическо поле в близост до процепите на резонаторите. Такъв насочен трансфер на енергия може да се осъществи, както е известно, ако електронният поток взаимодейства с променливо електрическо поле с определена фаза. За да направите това, електронният поток трябва да бъде групиран в снопове, времето на преминаване на които в близост до процепа на резонатора ще съвпадне с времето на съществуване на полето там в необходимата фаза.
Движението на електрони от катода към анода в магнетрона не се извършва равномерно във всички азимутални посоки. Електронните потоци към анода се създават само в някои области на пространството на взаимодействие, образувайки така наречените електронни спици (фиг. 5-2, а). Броят на спиците зависи от естеството на високочестотните трептения и в най-често срещания режим на работа на магнетрона е равен на половината от броя на резонаторите. Електроните в спиците се движат към анода по сложни траектории с форма на бримка, тъй като естеството на тяхното движение се определя от общото влияние на постоянни и променливи електрически полета и постоянно магнитно поле.
Спиците се образуват в близост до участъците на катода, разположени срещу тези сегменти на анода, които в момента са, поради прилагането на променливо електрическо поле, заредени до по-положителен потенциал (фиг. 5-2, b). Тъй като знаците на заряда на анодните сегменти се променят с промяна във фазата на трептенията, участъците на катода, близо до които се образуват спиците, също се променят. Спиците изглежда се въртят в пространството на взаимодействие със скорост, зависеща от честотата на трептенията и фазовите отношения за полетата на два съседни резонатора.
Скоростта на въртене на спиците е такава, че моментите на преминаване на електрони в близост до процепите на резонаторите винаги съвпадат с моментите на съществуване на необходимата фаза на полето там. С други думи, въртенето на спиците се синхронизира с промяната във фазата на високочестотните трептения.
По време на сложно движение в спицата от катода към анода, електроните при всяко завъртане губят част от потенциалната си енергия, която се прехвърля към полето.
Електроните, които са предали енергията си на полето, непрекъснато отиват към анода, а спиците се допълват с нови електрони, излъчени от катода. Това е най-общо казано принципът на работа на магнетрон с много кухини.
5-2. Видове трептения в магнетрон
Възможни видове вибрации. Както се вижда от фиг. 5-1, анодният блок на магнетрона е верига от N обемни резонатори, навити в пръстен. Най-общо казано, N различни типа трептения могат да възникнат в такава система от свързани резонатори. Въпреки това, в затворена система от N резонатори съществуват само тези трептения, за които общата фазова разлика при обиколка на анодния блок е равна на:
Ф = 2πn, (5-1)
където n = 0, 1, 2, ..., N определя броя на целите периоди на високочестотни трептения, които пасват по обиколката на анодния блок.
С други думи, ако една вълна в определена точка на анодния блок се характеризира с фаза ψ, тогава, когато се разпространява по веригата от резонатори, тя трябва да се върне към тази точка със същата фаза. В противен случай вълната ще бъде унищожена в резултат на смущения.
Следователно фазовата разлика на трептенията в съседните резонатори трябва да бъде равна на:
От формула (5-2) е лесно да се види, че за целочислени стойности на n, по-големи от N, възможните стойности на фазовите смени ще повтарят стойностите на φ за 0
Основният тип трептения в многокухинен магнетрон са π-трептения или антифазни трептения, съответстващи на n = N/2 и φ = π. Този тип трептене няма дублет и, както ще бъде показано, възниква при по-ниски анодни напрежения и магнитни полета в сравнение с други видове.
Осцилации от π-тип, както се вижда от (5-2), могат да възникнат в магнетрон само с четен брой N. Следователно, анодните блокове на магнетроните с много кухини задължително съдържат четен брой резонатори.
Полета в магнетрон. На фиг. Фигура 5-3 показва модели на променливи електрически и магнитни полета в магнетрона при различни стойности на n. За по-голяма яснота анодният блок на магнетрона е показан в разширена форма (фиг. 5-3, а). По-долу, на сканирането на анодния блок, пунктираната линия показва линиите на променливото магнитно поле за момента, съответстващ на максималния ток във веригата. Под блоковите сканирания са показани кривите на разпределение на високочестотния потенциал по повърхността на анода. Линиите на променливото електрическо поле, когато токът във веригата е нула, са показани вляво.
5-3. Взаимодействие на електрони с променливо електрическо поле
Оформяне на електронни спици. Образуването на променлива плътност на електронния поток - електронни спици - в магнетрон с много кухини се извършва, както във всички устройства от тип М, поради взаимодействието на електрони с променливо нехомогенно електрическо поле. Физическите процеси, лежащи в основата на това взаимодействие, разгледани в гл. 4 са валидни и за многокухинен магнетрон.
При липса на трептения в магнетрона, електронът, напуснал катода с нулева скорост, се движи по епициклоидна траектория (фиг. 5-4, а). При възникване на трептения в близост до прорезите на резонаторите се образуват нехомогенни електрически полета.
Ориз. 5-4. Снимки на нееднородно електрическо поле и траектории на електрони. а - при липса на вибрации; b - траектория на неработещ електрон; c - траектория на "работещия" електрон
За разлика от обсъденото в гл. 4 случаи на плоски електроди, движението на електрони в магнетрона трябва да се разглежда, като се вземе предвид взаимодействието му с радиалните и тангенциалните компоненти на променливото електрическо поле. Това обаче не променя общата картина. Ефектът на радиалната компонента на полето е подобен на ефекта на напречната компонента в случай на плоски електроди, а тангенциалната компонента на полето действа по същия начин като надлъжната. На фиг. 5-4, b и c показват моделите на нехомогенното електрическо поле, компонентите на векторите на интензитета в различни точки на полето и естеството на движението на електроните за два различни момента от време, разделени от интервал, равен на половината периодът на трептене.
В първия случай електрон, изхвърлен от повърхността на катода, описвайки епициклоидна дъга, попада в полето на резонатора в момента, когато векторът на тангенциалната компонента на полето е противоположен по посока на вектора на скоростта на електрона в горната част на търна. Общото електрическо поле в точка 5 се характеризира с вектора ε σ 5, отклонен от радиалната посока наляво. В резултат на това търкалящата се повърхност на генериращия кръг е извита и електронът, описал завой, се озовава на повърхността на катода с определено количество енергия, което разсейва под формата на топлина при сблъсък с катода. . По този начин по-голямата част от електроните, излъчени от катода срещу резонаторите, чието поле се характеризира с разглежданата фаза, се отвеждат към катода. Единствените изключения могат да бъдат тези електрони, чиято начална скорост ще им позволи да останат в пространството на взаимодействие. Взаимодействието на тези електрони с радиалния компонент води до намаляване на плътността на електронния поток в тази област на полето. Всъщност скоростта на електрона в точка 4 намалява, а в точка 6 се увеличава спрямо скоростта на централния електрон, разположен в точка 5 (виж § 4-2). Електроните са негрупирани.
Движението на електроните, попадащи в противоположната фаза на полето, има различен характер (фиг. 5-4, в). Под влияние на радиалната компонента електронът в точка 1 придобива допълнителна скорост в тангенциална посока, а скоростта на електрона в точка 3 намалява. Електроните се групират в куп около електрона, разположен в точка 2. Получава се фазово фокусиране на електронния поток.
В резултат на добавянето на вектора на тангенциалния компонент на нехомогенното поле ε τ 2 и вектора ε на постоянното електрическо поле, общият вектор ε σ 2 се отклонява надясно. Търкалящата се повърхност на генериращия кръг се издига над повърхността на катода. Траекторията на един електрон може да бъде приблизително представена като траекторията на точка в кръг, търкаляща се по определена извита повърхност, простираща се от катода до анода. Броят на "примките" в траекторията и "стръмността" на генериращата повърхност зависят от величината на анодното напрежение, магнитната индукция, а също и от интензитета на променливото електрическо поле.
И така, само електроните се втурват към анода, описвайки траектории, подобни на примка, напускайки онези участъци от катода, срещу които в даден момент от време има променливо електрическо поле, което инхибира електроните: в магнетрона се образуват електронни спици. Броят на такива спици с антифазни трептения е равен на половината от броя на резонаторите (виж фиг. 5-2, а).
Електронно движение на спиците. Тъй като на всеки половин цикъл знаците на високочестотните потенциали на сегментите се променят на противоположни (нехомогенното поле сякаш се върти около оста на устройството), електронните спици също се движат след полето. За да се осигури необходимата ъглова скорост на въртене на спиците, както ще видим по-късно, е необходима определена потенциална разлика между анода и катода. Такова въртене на електронните спици, синхронно с движението на полето, осигурява не само непрекъснатото уплътняване на електроните в спиците - тяхното фазово фокусиране, но и необходимия режим на обмен на енергия между електроните и микровълновото поле.
Пренос на енергия от електрони към поле. Електроните, образуващи спица едновременно с въртеливото движение, описващо завоите на епициклоида, се издигат от катода и постепенно отиват към анода. Докато спицата се върти, тя се допълва с електрони от нови секции на катода. По този начин електроните в спиците непрекъснато се движат в радиална посока от катода към анода. Този компонент на движението на електроните е придружен от намаляване на тяхната потенциална енергия.
Енергията на електроните се пренася в електромагнитното поле, чието взаимодействие с електрическия компонент е причина за разглежданото движение на електроните.
За да се осигури радиалното движение на електроните, както и за въртеливото движение на спиците, са необходими определени стойности на потенциалната разлика анод-катод и силата на магнитното поле.
5-4. Магнетронен режим на работа
В предишните параграфи беше отбелязано, че за да се осигури движението на работещите електрони по траектории с форма на бримка, тяхното движение в радиална посока и получаване на желаната ъглова скорост на въртене на спиците, са необходими определени отношения между интензитета ε на постоянно електрическо поле и магнитна индукция B. Изборът на подходящите стойности на ε и B определя работния магнетронен режим.
Парабола на критичен режим. Ако анодното напрежение на магнетрона е по-голямо от критичното, тогава условията за пренос на енергия от електрони към високочестотното поле не са изпълнени. Всъщност, когато U a > U a.cr, електроните, движещи се по криволинейни траектории (виж фиг. 4-7), се втурват към анода. В този случай високочестотните трептения, дори и да възникнат, не могат да бъдат поддържани от енергията на електроните, които не описват вериги и практически не взаимодействат с променливото електрическо поле в близост до процепите на резонатора. Следователно работните стойности на анодните напрежения трябва да лежат под параболата на критичния режим (фиг. 4-6), която се описва с уравнение (4-38).
Потенциал за синхронизация. Въпреки това, за нормална работа на магнетрона, движението на електрони по контурни траектории не е достатъчно. Освен това е необходимо да се постигне въртене на спиците с определена ъглова честота, синхронна с промяната във фазата на ултрависокочестотни трептения. Условието за синхронност може да бъде изпълнено при различни стойности на ъгловата скорост на въртене на спиците. В действителност, с трептения от типа π, времето t c на движението на спицата между два съседни резонатора може да бъде равно не само на половин период, но и на всеки цял брой полупериоди:
където p = 0, 1, 2, 3 ...
Графиките на движението на електрони за π-тип вибрации при различни стойности на p са показани като пунктирани линии на фиг. 5-5.
Ориз. 5-5. Изображение на променливо електрическо поле и графики на движението на електрони по време на π-тип вибрации
На графиката времето е нанесено по ординатната ос и под обръщането на анодния блок са показани кривите на разпределение на високочестотния потенциал на всяка четвърт от периода. През цялото време възлите на напрежение остават в средата на пукнатините. Във всички случаи, когато p е цяло число, електроните се оказват в забавящо поле близо до всеки резонатор. В зависимост от p се променя само ъгловата скорост ω 0 на въртене на електрона. Максималната стойност на ω 0 съответства на p = 0, когато t c = T/2.
За да се характеризира ъгловата скорост на въртене на електрона, е удобно да се въведе определен параметър k, равен на броя на периодите, през които електронът преминава през всички резонатори и се връща в началната точка. Тогава времето на движение на електрони между съседни резонатори, изразено във фракции от периода T, се определя от съотношението
В случай на π вибрации изразът (5-3) приема формата:
Обобщавайки тази връзка за други видове трептения, получаваме:
Използвайки параметъра k, е лесно да се получи израз за ъгловата скорост на въртене на електрона за трептения от всякакъв тип:
където λ = сТ е дължината на вълната на трептенията в магнетрона, а c е скоростта на светлината.
За да се осигури ъгловата скорост на въртене, е необходимо електронът, разположен в спицата близо до повърхността на анода, да има тангенциална скорост
Електронът придобива кинетична енергия в магнетрона поради постоянно електрическо поле, определено от потенциалната разлика Ua. На повърхността на анода (r = r a) най-високата стойност на енергията на електроните е равна на:
E K = eU a . (5-9)
При условия на синхронно движение енергията на електроните на повърхността на анода трябва да бъде:
Приравнявайки (5-9) и (5-10), получаваме стойността на анодното напрежение, необходимо за осигуряване на синхронно въртене на електроните:
Тази стойност, наречена синхронизиращ потенциал, определя най-малката (за дадено k) стойност на анодното напрежение, при която е възможно синхронно въртене на електронните спици.
Замествайки в (5-11) числените стойности на всички константи и изразявайки U c във волтове, получаваме:
Този израз е получен при предположението, че електронът се движи в окръжност, коаксиална на повърхността на анода и с радиус, близък до r a. В действителност електроните се движат в магнетрон по сложни траектории във формата на бримка и тангенциалната компонента на тяхната скорост зависи както от скоростта на преносимото движение на центъра на генериращия кръг, така и от скоростта на движение на самия електрон спрямо този център.
Прагово напрежение. След като се приближи до повърхността на анода и прехвърли значителна част от енергията си в полето, електронът трябва да бъде отстранен от пространството на взаимодействие. В противен случай такъв изразходван, бавно движещ се електрон ще изостане от спицата и ще отнеме енергия от променливото поле. За да достигнат отработените електрони до анода, както и да се осигури необходимата тангенциална скорост на електроните, като се вземе предвид движението им по контурни криви, е необходимо анодно напрежение малко по-високо от потенциала за синхронизация U c .
Върху електрон, отдалечен от центъра на магнетрона на разстояние r и въртящ се около оста на устройството с ъглова скорост ω 0, действат три сили (фиг. 5-6): силата Fe на постоянно електрическо полето е насочено радиално към анода; силата на Лоренц F m, която възниква, когато електрон пресича линиите на магнитното поле, в съответствие с правилото на дясната ръка, е насочена към катода; и накрая, третата, центробежна сила F d, съвпада по посока със силата F e.
За да може електронът да достигне анода, кинетичната енергия на неговото движение в радиална посока трябва да бъде по-голяма от нула и следователно работата на силите F e и F d трябва да бъде по-голяма или поне равна на работата на силата F m.
От тези съображения е лесно да се определи [L. 2] прагово напрежение, т.е. стойността на най-ниското анодно напрежение, при което отработените електрони се отстраняват към анода:
Замествайки тук формула (5-7) за ω 0 и изразявайки напрежението във волтове, получаваме:
От това се вижда, че за да се изпълнят зададените условия за отстраняване на отработените електрони към анода, анодното напрежение трябва да бъде по-голямо от потенциала за синхронизация и ако стойността на U c не зависи от силата на магнитното поле, тогава праговото напрежение се увеличава пропорционално на стойността на V.
Диаграма на режима на работа. И така, ние разгледахме редица условия за нормална работа на магнетрона и получихме уравнения: за критичния потенциал (4-38), за потенциала на синхронизация (5-12) и за праговото анодно напрежение (5-14).
И трите от тези зависимости са показани на фиг. 5-7. Параболата на критичния режим отделя неработната зона (защрихована) на равнината B - U a. При стойности на B и U a за всяка точка в тази област, електроните в магнетрона не описват траектории, подобни на бримки, и няма колебания. Стойността на потенциала за синхронизация (5-12) не зависи от V, а варира в зависимост от k На фиг. 5-7 линията U c е начертана само за режима на π-вибрация (n = 4; p = 0; N = 8). За други k = n (p = 0), потенциалът за синхронизация е маркиран с точки на параболата на критичния режим.
Линията на праговото напрежение (5-14) при различни k (p = 0) е изобразена на равнината B - U под формата на прави линии, допирателни към параболата на критичния режим в точки, съответстващи на стойността на потенциала за синхронизация за даден тип трептене. Лесно е да се провери валидността на това, ако заместим стойността на критичния потенциал (4-38) в израз (5-14).
По този начин, за π-тип трептения, неработещата област също е частта от равнината, разположена под правата линия на праговото напрежение (k = 4). При тези стойности на U a и B или условието за синхронно движение на спиците (U a
5-5. Магнетронен аноден блок
Еквивалентна схема на аноден блок. Най-често срещаните форми на магнетронни резонатори са показани на фиг. 5-8, където освен вече познатите ни са изобразени и резонатори, образувани от късо съединени участъци от вълноводи. Въпреки това, за всяка конфигурация на резонатора, анодният блок е система от сложно свързани вериги. Веригите на магнетрона са предимно проводящо свързани помежду си, тъй като токове от съседни резонатори протичат по повърхността на сегмента на анодния блок. Освен това има и капацитивно свързване между съседни резонатори чрез капацитетите, образувани от сегментите на анодния блок и повърхността на катода. И накрая, съседните резонатори са свързани един с друг индуктивно (линиите на променливото магнитно поле в резонатора са затворени през съседни отвори).
Преобладаването на един или друг тип връзка се определя от конструкцията на анодния блок и по-специално от неговата височина h. При малка стойност на h преобладава индуктивното свързване между отделните резонатори, а с увеличаване на височината h на анодния блок капацитивното свързване играе все по-важна роля. Една от възможните еквивалентни схеми на анодния блок на магнетрон с голямо h е показана на фиг. 5-9. Величините L 0 и C 0 са съответно еквивалентната индуктивност и капацитет на резонатора. Резонаторите са свързани помежду си проводящо, както и чрез капацитет C a-k анод - катод.
Анализът на такава еквивалентна схема показва [L. 2], че дължината на вълната на генерираните трептения зависи както от реактивните параметри, така и от числото n:
Съотношението C a-k / C 0 в магнетроните обикновено е 0,1-0,4.
Зависимостта (5-15) за магнетрон с осем кухини е показана на фиг. 5-10 (крива 1). Там е изобразена подобна зависимост (крива 2), но за случая на преобладаване на индуктивното свързване в магнетрона. От кривите става ясно, че вибрациите от тип I се различават леко по дължина на вълната от вибрациите на съседните видове. С увеличаване на броя на резонаторите и следователно на числото n, тази разлика става все по-малка. В допълнение, поради малката разлика в честотата на π трептенията от трептения от съседни типове, работата на магнетронния генератор може да бъде нестабилна.
В резултат на промени в режима на захранване, естеството на натоварването и други причини, вместо π-трептения, в магнетрона могат да се появят трептения от друг тип (скок на честотата). Възможно е и едновременното съществуване на трептения от типа π и съседен тип трептене. В този случай разпределението на високочестотното поле е нарушено, условието за синхронизъм е лошо изпълнено и мощността и ефективността на магнетрона падат. Следователно броят на резонаторите не може да бъде увеличен, за да се увеличи силата на трептене, което е особено важно при по-къси вълни.
Разделяне на видовете вибрации с помощта на съединители. За да се елиминират нестабилностите в магнетроните, се предприемат специални мерки. Добър ефект се постига чрез специални връзки, които в най-простия случай имат формата на пръстени (фиг. 5-11). Единият от пръстените е заварен към четирите четни сегмента на анодния блок, а другият към четирите нечетни. Съединителите въвеждат допълнителен капацитет и индуктивност в осцилаторната система на магнетрона. Въведеният капацитет се определя не само от размера на самите връзки и тяхното разстояние от повърхността на анодния блок, но и от разликата във високочестотните потенциали между двата пръстена. Индуктивността зависи както от размера на самите снопове, така и от токовете, протичащи през сноповете.
При антифазни трептения всеки от пръстените е свързан със сегменти от блока, които са под същия потенциал. Така фазовата разлика на високочестотните потенциали на двата свързващи пръстена е равна на π и капацитивният ефект на връзките е много значителен. В същото време индуктивният ефект на сноповете по време на π-трептения е минимален, тъй като всеки пръстен е заварен към сегменти със същия потенциал, а изравнителните токове в сноповете са близки до нула. Следователно, резултатният ефект на свързване по време на π-трептения е капацитивен по природа. Капацитетът, въведен от сноповете в резонаторите, е успореден на техния собствен капацитет. В резултат на това общият капацитет се увеличава и дължината на вълната по време на π вибрациите се увеличава.
При други видове трептения високочестотните потенциали на сегментите, свързани към всеки от пръстените, не са еднакви и следователно средната потенциална разлика между връзките е по-малка, отколкото при антифазните трептения. В резултат на това капацитетът, въведен от връзките, намалява, а въведената индуктивност се увеличава, тъй като поради разликата във високочестотните потенциали на двата сегмента, свързани към един и същи пръстен, в него протичат изравнителни токове. Полученото влияние на конективите е индуктивно. Въведената индуктивност е успоредна на собствената индуктивност на резонаторите; общата индуктивност намалява и дължината на вълната на трептене също намалява.
Промяната в дължината на вълната на вибрациите от стойността n при използване на различни видове връзки е показана на фиг. 5-10 (крива 5 е за връзки на фиг. 5-11, а, а крива 4 е за връзки на фиг. 5-11, b).
От сравнението на тези криви с криви 1 и 2 става ясно, че използването на копули позволява значително да се увеличи разликата в честотите на π вибрациите и съседния тип. За стабилна работа на магнетрона е необходимо честотата на трептенията под формата n = N/2-1 да се различава от честотата на антифазните трептения с най-малко 4%. Обикновено честотната разлика се постига около 10-15%.
Използването на асиметрични връзки, например пръстени с празнина, също допринася за повишаване на стабилността на работата на магнетрона в антифазни режими на трептене. Използването на асиметрични връзки нарушава ориентацията на високочестотните полета, които възникват по време на колебания, различни от антифазата, и по този начин допълнително усложнява тяхното възникване. Трябва също да се отбележи, че увеличаването на дължината на вълната на π-тип трептения поради използването на връзки води до съответно намаляване на праговото напрежение, което е придружено от увеличаване на мощността на генерираните трептения и ефективността на магнетрон.
Използването на връзки има и някои недостатъци. Например високочестотното поле, генерирано от връзките и независимо от азимуталния ъгъл, изкривява до известна степен електрическото поле в пространството на взаимодействие и нарушава работата на магнетрона. В допълнение, въвеждането на връзки увеличава високочестотните загуби, чийто размер се увеличава със скъсяването на дължината на вълната на генерираните трептения. За да се елиминира това влияние, сноповете се екранират чрез поставянето им в специални жлебове в анодния блок.
Многорезонаторен аноден блок. В магнетроните, работещи на вълни λ = 3 cm и по-къси, се използва друг метод за разделяне на честотата - аноден блок с много кухини.
В аноден блок с множество кухини, размерите на всеки втори резонатор са леко увеличени в сравнение с размерите в конвенционален аноден блок; размерите на втората половина на резонаторите намаляват (фиг. 5-12). Изглежда, че има две системи от резонатори, едната от които е настроена на къса вълна, а другата на по-дълга вълна.
За да определите дължините на вълните на трептенията, съответстващи на различни стойности на n в многорезонаторна система, можете да използвате формула (5-15), като приемете, че анодният блок се състои от две различни системи: голяма (h b) и малка (h m) резонатори. При изчисляване на тези дължини на вълната, вместо λ 0 е необходимо да се замени резонансната дължина на вълната съответно на големия или малкия резонатор. Но тъй като броят на еднаквите резонатори в системата е половината от общия брой N на резонаторите, то за всяка система от еднакви резонатори се въвежда различно число n, чиято стойност не може да бъде по-голяма от N/4.
На фиг. Фигура 5-13 показва (крива 3) промяната в дължината на вълната в зависимост от стойността на n в магнетрон с много кухини (N = 18). Горният клон на тази крива, до n = 4, съответства на първата - дълговълнова група от трептения с нулево фазово изместване между трептенията в големи и малки резонатори. Характерът на промяната в дължината на вълната тук е същият като при конвенционален магнетрон без връзки (крива 1): с увеличаването на n дължината на вълната намалява.
Долният клон на кривата от n = 5 до n = N/2 = 9 съответства на втората - късовълнова група вибрации. Тук, когато n се увеличава, дължината на вълната намалява. На фиг. 5-13 също показва крива 2 за магнетрон със снопове за сравнение.
Честотното разделяне при различни n зависи от съотношението h b / h m (фиг. 5-12), като се увеличава с увеличаването му. Въпреки това, при значителни стойности на h b / h m, влиянието на компонента на високочестотното поле, което не зависи от азимуталния ъгъл и влошава взаимодействието на електронния поток с високочестотното поле, се увеличава.
Предимството на системата с много кухини пред аноден блок със снопове е, на първо място, че размерът на честотното разделяне не се влияе от височината на анодния блок. В допълнение, високочестотните загуби в аноден блок с много кухини са значително по-ниски, което позволява да се увеличи ефективността на магнетрона.
5-6. Параметри и характеристики на магнетроните
Магнетроните с много кухини, подобно на други електронни устройства, се характеризират с редица параметри, които определят работните, ограничителните, климатичните и други режими на тяхната работа.
Параметри на електрическия режим. Референтните данни, като правило, определят: стойностите на напрежението U n или тока I n на нишката и техните допустими отклонения, обикновено не повече от ± 10%; номинално анодно напрежение U a и допустимата горна граница на тази стойност; номинални и допустими горни и долни стойности на тока I a; сила или индукция на магнитното поле. За магнетрони, работещи в импулсен режим, справочникът посочва номиналните и допустимите стойности на продължителността на импулсите на анодното напрежение, техния работен цикъл и наклона на фронтовете - стойности, които до голяма степен определят спектъра на трептенията, генерирани от магнетрона.
Мощност на генерираните трептения. Магнетроните с много кухини обикновено се използват като генератори на мощни микровълнови трептения в импулсен или непрекъснат режим. Следователно най-важният параметър на тези устройства е количеството генерирана мощност
P out = ηI a U a, (5-61)
където η е общата ефективност на магнетрона. По този начин стойността на Pout зависи не само от електрическия режим на работа на магнетрона, но и от друг важен параметър - ефективността на устройството.
Ефективностмагнетронът се определя от съотношението на мощността на микровълновите трептения към мощността, подадена към магнетрона от източник на постоянно напрежение в анодната верига.
Електроните, получавайки енергия от постоянно електрическо поле, не я прехвърлят напълно във високочестотното поле на резонаторите. Някои електрони изобщо не участват в механизма за пренос на енергия, тъй като в самото начало, след като са получили допълнително ускорение, те се връщат обратно към катода и го нагряват, освобождавайки останалата енергия при сблъсък с повърхността му. Работещите електрони, образуващи спици и многократно взаимодействащи с високочестотното поле, в повечето случаи достигат до анода, без да изразходват напълно енергията си, а останалата част от нея пренасят към анода, като го нагряват при удар. Така част от енергията, получена от електроните от постоянно електрическо поле, се губи безполезно. Тази консумация на енергия се нарича електронни загуби. Съотношението на енергията, получена от високочестотното поле от електронния поток, към общата енергия, придадена на електроните от постоянно електрическо поле, се нарича електронна ефективност на магнетрона η el. Тази стойност характеризира ефективността на взаимодействие на електронния поток с променливо електрическо поле. Енергията на високочестотните трептения се изразходва и в самите резонатори (за попълване на загубите, причинени от активното съпротивление), в устройствата за извеждане на енергия, в диелектриците и др. Тези загуби се определят от ефективността на осцилаторната система η k на магнетрона, следователно е равно на:
η = η el η c (5-17)
Стойността на електронната ефективност на магнетрона значително зависи от неговия режим на работа. За да се определи η el, е необходимо да се знае не само енергията, получена от електрона от постоянно електрическо поле, но и количеството енергия, неизразходвана от електрона (кинетичната енергия, с която електронът достига анода). За да се изпълнят условията за синхронност, електронът трябва да се движи по повърхността на анода със скорост не по-малка от U c . Следователно кинетичната енергия на електрона, достигащ до анода, не може да бъде по-малка от eU c. Следователно електронната ефективност на магнетрона е равна на:
Въпреки това, електронната ефективност, изчислена с помощта на тази формула, се оказва по-висока от експерименталната стойност η ел. Това се обяснява с факта, че кинетичната енергия на електрон, удрящ анода, всъщност е много по-голяма от стойността eU c. Електроните се движат в пространството на взаимодействие, описвайки подобни на бримки траектории. Ако анодното напрежение е близо до праговото напрежение, тогава електроните бавно се издигат от катода към анода и падат върху анода, обикновено в горната част на „контура“. Ако тангенциалната скорост на движение на оста на генериращия кръг е равна (от условието за синхронизъм) U c, тогава тангенциалната скорост на електрона спрямо катода е приблизително 2 пъти по-голяма, а кинетичната му енергия е 4 пъти по-голяма от приетата стойност. В работен режим анодното напрежение в магнетрона обикновено е по-голямо от стойността U p и електроните се издигат към анода по по-стръмна траектория във формата на бримка. Те могат да достигнат до анода както в горната част на контура, така и в началото му, където скоростта на електроните е близка до нула. Следователно средната стойност на кинетичната енергия на повърхността е приблизително 2 пъти по-голяма от стойността на eU c. Стойността на електронната ефективност в съвременните магнетрони с много кухини достига 50-70% или повече.
Работна дължина на вълнатаλ 0 или работната честота на трептене ω 0 се определя, както беше показано в § 5-5, от параметрите на резонаторите и конструкцията на анодния блок. В магнетроните с много кухини с конвенционален дизайн може да се постигне промяна в работната честота в малки граници, като се използват специални устройства, които променят капацитета или индуктивността на резонаторите (виж допълнително § 5-7).
При проектирането на генераторни устройства, базирани на магнетрони с много кухини, се обръща специално внимание на стабилизирането на честотата на трептене. За тази цел, както бе споменато по-горе, се използват снопове, използват се различни резонаторни анодни блокове и т.н. Работната честота на магнетрона обаче значително зависи от естеството на товара и начина на свързване към магнетрона. Степента на промяна на честотата под въздействието на натоварване се характеризира с такива параметри като електронно изместване на честотата, затягане на честотата и др. Тези явления са най-пълно отразени от така наречената характеристика на натоварване на магнетрона. Работата на магнетрон при реални условия е разгледана подробно в курса „Радиопредавателни устройства“ и следователно обсъждането на тези въпроси е извън обхвата на тази книга.
Магнетронни характеристики. Зависимостите U a = f(I a) при постоянни стойности на B, P out, η и ω 0 се приемат като работни характеристики на магнетроните. Обикновено линиите с постоянни стойности на B, P out и η са изобразени на една графика в координати I a - U a. Тези семейства от криви се наричат характеристики на работата на магнетроните с много кухини.
На фиг. 5-14 са показани работните характеристики на магнетрона със следните параметри: режим на работа - импулсен, брой резонатори N = 8, радиус на катода r k = 0,3 cm, радиус на анода r a = 0,8 cm, височина на анодния блок h = 2 cm, честота (в режим на π-трептене) f = 2800 MHz, работно анодно напрежение U a = 16 kV, напрегнатост на магнитното поле в работен режим H = 128 000 a/m, работен аноден ток (в импулс) I a = 20 a, k.d. η = 42%, генерирана мощност (на импулс) P out = 35 kW.
При ниски анодни напрежения и съответно по-ниски V ефективността на магнетрона е ниска. Следователно използването на ниски анодни напрежения няма смисъл. Значително увеличение на анодното напрежение, макар и придружено от леко повишаване на ефективността и генерираната мощност, също изисква увеличаване на силата на магнитното поле. Работата с много големи стойности на U a и B среща сериозни технически трудности; те не са оправдани от увеличаване на ефективността, която с увеличаване на U a нараства първо бързо, а след това бавно.
При ниски анодни токове магнетронът работи нестабилно. Повечето от електроните се връщат към катода, ефективността и генерираната мощност са ниски. Прекомерното увеличаване на тока също е нежелателно, тъй като това води до силно нагряване на анодния блок, катодът работи с претоварване и е необходимо допълнително увеличаване на U a.
Поради тези причини за всеки тип магнетрон има работни граници за промени в U a и I a. Други параметри (V, η, P out) при избрани стойности на анодното напрежение и ток се определят еднозначно от работните характеристики.
Нека разгледаме семейството от криви B = const. При дадена стойност на B и с увеличаване на U a анодният ток първоначално е малък и расте бавно. Тази част от кривите съответства на анодни напрежения под прага. Повечето електрони не достигат до анода, но под въздействието на сила F m се връщат към катода. При по-нататъшно увеличаване на U a анодният ток нараства рязко и кривите U a = f(I a) са сегменти от почти прави линии, образуващи малък ъгъл с абсцисната ос. Тази работна част от характеристиките съответства на стойностите U a> U p.
С увеличаване на B, за да се получи същата стойност на I a, са необходими по-големи стойности на анодното напрежение и, както може да се види от фиг. 5-14, равните нараствания на B изискват равни нараствания на U a (линиите B = const с равни нараствания на B са разположени на същото разстояние една от друга). С други думи, анодното напрежение е пропорционално на силата на магнитното поле, което напълно съответства на формула (5-14) за праговото напрежение. Стойността на U p тук може лесно да се определи графично, като се продължи линейната част на характеристиката B = const до пресечната точка с ординатната ос.
Кривите на второто семейство (Pvyx = const) са хиперболични по природа. Осцилаторната мощност в магнетрона се определя от израза P out = ηI a U a. Ефективността варира в зависимост от I a и U a. Следователно правите Pвx = const не са правилни хиперболи.
На фиг. 5-14 се вижда, че I a = const и с увеличаване на U a ефективността на магнетрона нараства. Това се обяснява главно с факта, че увеличаването на U a и B е придружено от намаляване на радиуса на генератора и следователно намаляване на скоростта, с която електроните влизат в анода. С увеличаване на анодния ток (при B = const), η първо леко се увеличава и след това намалява.
Малката стойност на η при много ниски анодни токове се обяснява с големи загуби на електрони. В допълнение, поради ниския интензитет на трептенията в резонаторите, фокусиращият ефект на променливото електрическо поле е незначителен. Електроните са слабо групирани в спици и условието за синхронност е изпълнено само за малка част от електроните. С леко увеличение на Ia ефективността се увеличава, тъй като влиянието на тези причини е отслабено. По-нататъшното увеличаване на тока е придружено от спад в η поради увеличаване на радиалния компонент на кинетичната енергия на анода, както и поради взаимното отблъскване на електрони в спиците.
5-7. Конструктивни характеристики на магнетрони с много кухини
Условията на работа на магнетрона се различават от условията на работа не само на конвенционалните вакуумни тръби, но и на други микровълнови устройства. Значителна част от електроните, излъчени от катода, се връщат обратно. Тези електрони, удряйки катода с определено количество кинетична енергия, го нагряват и предизвикват допълнителна вторична емисия от повърхността на катода. Около 5% от общата мощност, разсейвана в магнетрона, се освобождава на катода. Електронният поток, генериран от вторичната емисия, представлява значителна част от електронния поток, излъчен от катода. Големината на вторичния емисионен ток е такава, че магнетроните обикновено продължават да работят нормално, ако веригата с нажежаема жичка се отвори, след като са включени. Следователно катодът на магнетрона трябва да осигурява значителна термоелектронна емисия само в момента, в който е включен. Особеностите на работата на катода в магнетрона трябва да включват и силно електрическо поле, тъй като обикновено анодният потенциал е равен на няколко киловолта, а в мощните магнетрони - десетки киловолта, докато разстоянията анод-катод не надвишават няколко сантиметра .
Катодът в магнетрона трябва да осигурява термоелектронен ток с висока плътност. Освен това трябва да е устойчив на прегряване и силни електрически полета, както и да поддържа постоянно излъчване във времето.
Най-често в магнетроните се използват нагрети оксидни катоди, които позволяват да се получи плътност на тока до 40 A / cm 2 и могат да работят в електрически полета до 70 sq / cm. Коефициентът на вторична емисия на тези катоди достига няколко десетки. Магнетроните също използват волфрам-ториеви катоди, синтеровани от прах, съдържащ 96% волфрам и 4% ториев оксид. Тези катоди са много издръжливи, устойчиви на отравяне с газ и след искра възстановяват първоначалното излъчване. Катодите с камерна метална гъба и импрегнирани катоди могат да осигурят плътност на тока до 80 A/cm 2 и да работят стабилно при напрежения до 20 kV.
Постоянното магнитно поле играе важна роля в работата на магнетрона. За да се постигне висока ефективност, индукцията на магнитното поле трябва да бъде от порядъка на 0,3-0,6 wb/m2. Такова силно магнитно поле се създава от мощни постоянни магнити със специална форма (фиг. 5-15). В случаите, когато са необходими особено силни магнитни полета, се използват подредени магнетрони, при които полюсите, изработени от феромагнитен материал, служат като крайни стени на анодния блок. При стековите магнетрони въздушната междина между полюсите е значително намалена, което прави възможно увеличаването на силата на магнитното поле или намаляването на теглото и размерите на постоянния магнит, който обикновено е много по-тежък и по-голям по размер от самия магнетрон.
Честотата на трептене в магнетрона може да се регулира чрез промяна на индуктивността или капацитета на осцилаторната система с помощта на метални щифтове - бутала, потопени в отворите на резонаторите, или с помощта на специални метални пръстени, разположени в канали на крайната повърхност на блока. И двата метода ви позволяват да промените честотата на магнетрона с не повече от 5-7% от резонансната честота. При по-голямо отклонение на честотата от средната стойност се влошават условията за отделяне на антифазния тип трептения от съседните видове.
5-8. Митрон
Определение. Митронът е устройство с регулируема честота, което работи на принципа на магнетрон с много кухини, но се различава от него по дизайна на осцилаторна система и катод, излъчващ електрони.
устройствоМитрон е показан схематично на фиг. 5-16, а. Анодният блок е система (фиг. 5-16, b) под формата на два диска с множество щифтове (сегменти), насочени един към друг. В центъра на пространството за взаимодействие е поставен метален цилиндър, който, за разлика от многокухинен магнетрон, не е предназначен за излъчване на електрони. Този цилиндър, наречен студен катод или отрицателен електрод, заедно с щифтовете образува осцилираща система. Катодът под формата на волфрамова спирала, излъчваща електрони, се отстранява от пространството на взаимодействие и е заобиколен от управляващ електрод под формата на пресечен конус с дупка в средата. С помощта на дискови проводници анодният блок е свързан към външна осцилаторна система, чиято конфигурация може да бъде различна. На фиг. 5-16, c показва осцилаторна система под формата на късо съединена секция на вълновод, чиято дължина може да се променя с помощта на късо съединено бутало. Другата част на вълновода е трансформатор на вълновия импеданс, чрез който към митрона е свързан фидер, отиващ към товара.
Дисковите изводи на студения катод, управляващия електрод и анодния блок са електрически разделени от керамични цилиндри.
Магнитно поле, чийто вектор на интензитет е успореден на оста на устройството, както в магнетрон, се създава от външни магнити.
Анодната колебателна система обикновено е заземена, към катода се прилага отрицателно напрежение, а към управляващия електрод също се прилага отрицателно напрежение, но с малко по-ниска стойност, така че между катода и този електрод съществува ускоряващо поле.
Принцип на действие mitron е почти идентичен с принципа на работа на многокухинен магнетрон. Mitron също работи, като правило, в режим на π-трептения; точно както в магнетрона, в пространството на взаимодействие се образуват електронни спици, въртящи се синхронно с високочестотното поле, възникват същите процеси на енергийно взаимодействие на електрони с полето, при което те дават потенциална енергия на вълната.
Разликата се състои в малко по-различен електрически режим в сравнение с магнетрона, който се осигурява от излъчващия катод, отстранен от пространството на взаимодействие, и използването на допълнителна външна осцилаторна система с ниско Q. Тези разлики позволяват електронно управление на честотата на трептене при промяна на анодното напрежение. Следователно митронът понякога се нарича магнетрон с регулируемо напрежение в литературата.
В митрон, в сравнение с магнетрон, качественият фактор Q на осцилаторната система е значително намален. Това се постига чрез използването на система за забавяне като контра щифтове, система, която е по-широколентова от затворена верига от обемни резонатори в магнетрона, както и чрез свързване на външна осцилаторна система, например под формата на участък от вълновод. Намаляването на Q естествено се придружава от намаляване на нивото на енергията, съхранявана във веригата, и следователно намаляване на амплитудата на високочестотните трептения и, което е особено важно, намаляване на реактивния компонент на веригата текущ. Съвсем ясно е, че намаляването на амплитудата на високочестотното поле във веригата, т.е. в пролуката между щифтовете, изисква намаляване на плътността на пространствения заряд в пространството на взаимодействие, тъй като в противен случай процесът на образуване и фазово фокусиране на спиците ще бъдат неефективни. В митрона намаляването на пространствения заряд в пространството на взаимодействие се постига главно поради дизайна на катодния блок. Броят на електроните, влизащи в пространството на взаимодействие, се регулира от потенциала U.e на управляващия електрод. Експерименталните изследвания показват [L. 7], че с намаляването на плътността на пространствения заряд степента на модулация на електронния поток в плътността се увеличава. С други думи, намаляването на броя на електроните, влизащи в пространството на взаимодействие, води главно до намаляване на броя на неработещите електрони; плътността на пространствения заряд в спиците намалява значително по-малко. Оптималният режим на работа на митрона се постига, когато стойността на анодния ток е приблизително една трета от тока, дължащ се на потока електрони през отвора в управляващия електрод.
Много важно е, че при този режим на образуване на пространствен заряд в пространството на взаимодействие, величината на анодния ток се оказва ограничена. С други думи, повишаването на анодното напрежение не може да доведе до значително увеличение на анодния ток.
При промяна на анодното напрежение в митрона, както в магнетрона, се нарушават условията за синхронизиране на въртенето на микровълновото поле и електронните спици. Появява се фазово изместване между електрическото поле и електронния ток и възниква реактивна електронна проводимост. За да се постигне фазов баланс при нова стойност на U a, реактивната проводимост на резонатора също трябва да се промени. Тази промяна естествено ще доведе до промяна в честотата на трептене. Но в магнетрон, където, поради високия качествен фактор, реактивният ток на резонатора е много по-голям от реактивния компонент на електронния ток, тази промяна в честотата е малка. В митрон с осцилаторна система с нисък Q промяната в честотата се оказва значителна.
В допълнение, поради ограничението на тока в митрона, промяната в анодното напрежение и честотата на трептенията не се придружава, както беше в магнетрона (виж Фиг. 5-14), от рязка промяна в мощността.
Експлоатационни характеристики и параметри. Основните характеристики на митрона са зависимостите Pvyx = f(U a); I a = φ(U a) и ω = ψ(U a) (фиг. 5-17).
Широчината на честотната лента Δω на електронната настройка на честотата зависи от дизайна на устройството и може да варира за различните видове митрони от 15% спрямо средната работна честота до октава (ω max /ω min ≈ 2) или повече. Разширяването на лентата Δω неизбежно е придружено от намаляване на изходната мощност Pout и ефективността.
По този начин, в сравнително теснолентови митрони, изходната мощност се измерва в единици или десетки вата, когато стойността на P out се променя в диапазона на настройка на честотата с не повече от 2-3 dB и ефективността е до 40%.
Когато лентата Δω се разшири до октава, изходната мощност намалява до 0,5-3 W, а ефективността намалява до 15-25%.
Количеството изходна мощност в митрона може да се регулира с помощта на напрежението U y.e на управляващия електрод. Въпреки това, с увеличаване на U y.e, честотата на генерираните трептения неизбежно се променя (фиг. 5-18).
Степента на промяна на честотата при промяна на напрежението U a и U y.e не е различна. Наклонът S на кривата ω = ψ(U a) е 0,5-5 MHz/v, а наклонът S y.e не надвишава 0,9 MHz/v. Митроните се използват главно като локални осцилатори с ниска мощност. По отношение на техните собствени нива на шум, те в момента са по-ниски от отразяващите клистрони и тръбите тип О с обратна вълна.
Магнетроните се използват за генериране на високочестотни трептения. Те са незаменими в електрониката и радиотехниката; инсталирани в радарни станции, за високочестотно нагряване, за ускоряване на заредени частици. Работата на магнетрона се основава на взаимодействието на силни електрически и магнитни полета, което води до генериране на високочестотни трептения. Най-популярният тип магнетрон е многокухинен магнетрон.
Проектиране на многокухинен магнетрон
отново е анодният блок, който представлява дебелостенен кух меден цилиндър, в стените на който са изрязани кухини, свързани с централното пространство чрез прорези. Тези кухини представляват пръстеновидна система от обемни резонатори.
В центъра на анодния блок се пробива широк кръгъл отвор, през който източникът на захранване се свързва чрез специални проводници към катода (нагрята нишка), който минава по централната ос на анода. Изходът от високочестотни трептения е инсталиран в един от резонаторите. Краищата на цилиндъра са херметически затворени с медни капачки, а вътре е осигурен висок вакуум. Ефективното охлаждане на блока се осигурява от ребрени радиатори, разположени на повърхността му.
Принцип на действие на магнетрон
Целият аноден блок е монтиран в силно магнитно поле, което се създава от постоянни магнити. Между катода и анода се установява високо електрическо напрежение, като положителният полюс е приложен към анода. Електроните, които излитат от катода под въздействието на електрическо поле, се движат в радиална посока към анода, но под въздействието на магнитно поле променят траекторията си.
При определени стойности на магнитното и електрическото поле е възможно да се постигне състояние, при което електроните, описващи кръг, в крайна сметка преминавайки до анода, отново се връщат към катода и само малка част от излъчените електрони достигат анода. Повечето от тях се връщат обратно в катодната област.
При определени условия на динамично равновесие електроните, които се връщат в катодната област, се заменят с тези, които се излъчват отново. Тъй като електроните непрекъснато се движат от катода към анода, в близост до последния, до прорезите на обемните резонатори, се монтира постоянно въртящ се пръстеновиден заряд. Докато се движат около обиколката на централната кухина на анодния блок, електроните възбуждат незатихващи високочестотни трептения във всеки резонатор.
Тези трептения се извеждат с помощта на намотка от проводници, разположени в кухината на един от резонаторите, които след това се предават към коаксиална линия или вълновод.
Днес дори дете може лесно да работи с микровълнова печка. Тя стана познат и надежден помощник. И в същото време много рядко се замисляме как храната се загрява за няколко минути. И това се случва благодарение на микровълните, произвеждани от магнетрона. Нека да разберем как работи устройството.
Какво е магнетрон в микровълнова печка
Магнетронът е основната част на микровълновата фурна. Неслучайно го наричат сърцето на звеното. Микровълновата печка изпълнява правилно функциите си само ако магнетронът е в добро работно състояние. Способността да се контролира появата им е създадена преди почти 100 години.
справка.През 1921 г. физикът от САЩ А. Хъл в процеса на експерименти и експерименти открива способността да променя масата на електроните.
Той измисли и самото име магнетрон. Но високочестотните електромагнитни вълни са открити три години по-късно, през 1924 г. Оттогава учените не само изучават микровълните, но и се научават как да ги използват.
справка. Тези вълнови генератори се използват в микровълнови фурни от 60-те години на 20 век.
Как работи магнетронът в микровълнова печка?
Дизайнът на детайла изисква минимални познания по физика. Потокът от електрони възниква в пространството между анода и катода.
Анод
В микровълновите фурни за анод се използва мед. Корпусът на цилиндъра е направен от него. Вътре е кухо. Стената на цилиндъра е дебела, вътрешната му повърхност е неравна. В напречно сечение анодът изглежда като кръг, по цялата дължина на който има малки половин пръстени.
Те са необходими за създаване на допълнителен резонанс. Вътре в анода няма въздух, там се създава вакуумно пространство. За да предотвратите оставането на създадените микровълнови вълни вътре, един от полупръстеновите резонатори има специален изход.
катод
През центъра на анода е положен катод. Те използваха нажежаема жичка за него. Предвидени са проводници за отопление. Те свързват катода с източник на топлина.
важно!Анодът и катодът са поставени в специален блок, който съдържа магнити.
Принцип на действие на магнетрон
Така че сега знаем това в основната част на микровълновата печка си взаимодействат 2 различни полета .
- Първият от тях е електронен. При включване на устройството и подаване на напрежение на катода се появяват електрони, които се движат към положителния полюс - към анода.
- Второто поле е магнитно. Той действа върху частиците и ги връща обратно към катода.
След като електроните образуват пръстен, вътре в магнетрона се създава заряд. Освен това броят на зарядите се увеличава, тъй като във всеки резонатор с половин пръстен се образуват допълнителни електронни пръстени. Това причинява високочестотни трептения. По този начин, вълновото поле на свръхвисоките честоти се появява в резултат на взаимодействието на електронни и магнитни полета.Микровълните, генерирани в този процес, обработват продуктите.
Сервизната поддръжка на битови микровълнови фурни (микровълнови печки) е ярък пример за идеологията на потребителското общество в действие: гаранционният срок е относително дълъг, но след изтичането му ремонтът често се оказва по-скъп от закупуването на нов продукт. Въздействието върху околната среда и икономиката на факта, че индустрията „вършее за сметището” се разбира напълно от тесен кръг от добре обучени експерти, кандидатите за които са внимателно филтрирани. Следователно за обикновения гражданин въпросът: как да ремонтирате микровълнова фурна със собствените си ръце е очевидно важен от икономическа гледна точка, защото... технически напълно осъществимо у дома.
Микровълновата фурна обаче е също толкова ясна илюстрация на друг потребителско-идеологически проблем, когато по всякакъв начин се подчертават качествата на даден продукт, които допринасят за търсенето му, наистина полезни, но не толкова ефектни, се споменават мимоходом, и потенциалната опасност е скрита от рационализирани изрази. Последната от микровълновата е доста голяма и коварна, така че Ремонтът на микровълнова фурна трябва да се извършва с ясно разбиране какво може да се направи и как, какво не може да се направи, какво трябва да се избягва и да се страхува.Целта на тази публикация е именно да даде на читателите такава идея.
Това, което се вижда отвън
Нека отново да разгледаме по-отблизо нашето „микро“, вижте фиг. Веднага обръщаме внимание на факта, че ключалките имат различни конфигурации: те не са просто брави, но и части от електромеханичната заключваща система (EMB, вижте по-долу). Помним и изходния прозорец на вълновода, който обикновено не се забелязва. Ремонтът на микровълнова фурна най-често ще бъде свързан с елементите, отбелязани с букви; За програматора и регулатора на мощността техните външни контроли са маркирани. В „цифровите“ микровълнови фурни с пълно сензорно управление електромеханичният програматор и регулаторът на мощността са заменени с електронни. Ремонтът им изисква специални познания, но всичко останало в цифровите устройства работи по същия начин.
Забележка:Програматорът често се нарича таймер, дори в частни ръководства. Всъщност таймерът е само една от функционалните единици на програмиста.
Какво има вътре
Ако свалите външния корпус на микровълновата печка, се показва по-подробна снимка на структурата му, вижте фиг. При по-новите пещи (вдясно на фигурата) критичните за надеждността компоненти (високоволтов блок, EMB и програматор) се покриват със защитни капаци и задължително се добавя високоволтов предпазител; Първите микровълнови печки го нямаха.
На 2-ри пред. ориз. Лампите за подсветка, решетката и механизмът за въртене на масата не се виждат. Това не е случайно: стигането до тях без премахване на работната камера или без пълно разглобяване на печката е възможно в повечето модерни модели (жълтата стрелка вдясно на фигурата) и в някои стари. Това усложнява независимите ремонти, тъй като за да коригирате обикновено прост проблем, най-често трябва да премахнете магнетрона, което е лошо, вижте по-долу.
Какво означава?
Целият този пълнеж е необходим за незабавно загряване на целия товар от хранителни продукти с ултрависокочестотно (микровълново) излъчване. Произвежда се от мощен компактен микровълнов генератор - магнетрон. Какво е магнетрон, как работи и как работи, вижте видеото:
Видео: за структурата на магнетрон за микровълнова фурна
Микровълните проникват в частично електропроводими среди на дълбочина от прибл. равна на нейната дължина на вълната и се абсорбира от средата, освобождавайки топлинна енергия. Микровълновата дължина на вълната на стандартната честота за микровълни, 2,45 GHz (понякога 2,85 GHz), просто осигурява пълно поглъщане на микровълните от продукта. Тук се проявява най-полезното свойство на микровълновото нагряване: благодарение на нагряването в масата температурата на продукта не се повишава до стойности, при които започва хидролизата на мазнините, произвеждайки токсини и канцерогени. Това е особено важно при затоплянето на храната, тъй като ако се извършва на пламък или от нагревател, тогава хидролизата на мазнините, останали в храната, продължава, а съществуващите продукти се разграждат по-дълбоко, до още по-вредни вещества.
Забележка:Микровълните почти не проникват в металите, т.к тяхната проводимост се обуславя не от отделни носители на заряд, а от т.нар. изроден електронен газ. Освен това придава метален блясък и пластичност. Ето защо е строго забранено поставянето на метални предмети в микровълновата камера - цялата микровълнова енергия ще се концентрира върху тяхната повърхност, причинявайки прекомерно нагряване, дъгови разряди и т.н., след което остава само да изхвърлите печката. Освен ако магнетронният силов трансформатор не е подходящ за .
Но поради същата причина физиологичният ефект на микровълните върху живите организми е силен, вреден и може да не се забележи в началото. Това изисква използването на специални мерки за безопасност по време на проектиране, производство, текуща експлоатация и ремонт на микровълнови фурни, вижте по-долу.
Функционалната схема на микровълнова фурна е показана на фиг. Конфигурацията на вълновода и микровълновия поток са показани конвенционално; верига, която повече или по-малко съответства на реалната, е дадена във вмъкването долу вдясно.
1а – мрежови токови импулси с напрежение 220 V. Мощността на излъчване на магнетрона не се регулира плавно, така че за управлението му е необходимо да се използва широчинно-импулсна модулация (ШИМ, виж по-долу). 4а и 5а – вътрешни контролни сигнали. 6а – високо постоянно захранващо напрежение на катода (емитера) на магнетрона – 4000V; 6b – захранване на магнетронната верига 6.3V 50/60Hz.
Съвременните микровълнови фурни са изградени по т.нар. схема със скъсен микровълнов път, повишаваща ефективността на пещта. В този случай камерата е настроена на резонанс, поради което, първо, без натоварване, поглъщащо микровълнова енергия, печката ще се изгори с излъчването си. Което е посочено и инструкциите за него.
На второ място, магнетронът произвежда кохерентно излъчване, следователно, поради намесата на отразените вълни в камерата, продуктът се осветява неравномерно от микровълновата фурна. За да се гарантира, че товарът е изпечен правилно, той се поставя върху въртяща се маса. В резултат на това неизправността на неговия механизъм може да доведе до по-сериозни проблеми, вижте по-долу. Също като неизправност на системата за вътрешна конвекция в камерата, с която модерните микровълнови фурни са оборудвани за напълно равномерно нагряване на храната.
Правила за безопасност
Вече според функционалната схема домакинската микровълнова фурна може да бъде разделена на компоненти и модули, които изискват съответствие със съответните изисквания по време на ремонт. мерки за безопасност:
- Вериги за външно захранване 220V и контролният модул са общи мерки за безопасност за електрически инсталации от клас I по отношение на степента на опасност, създадена от токов удар.
- Захранване (PS или захранващ блок) на магнетрона - мерки за безопасност на електрически инсталации над 1000V, способни да доставят мощност над 60W за повече от 1 s в режим на изходно късо съединение (SC).
- Магнетрон и микровълнов път - специални мерки за безопасност за микровълнови инсталации с висока мощност.
I клас
Погледнете гърба на вашата микровълнова печка. Там долу ще видите контактна подложка с метален щифт с резба и гайка върху нея - освен ако някой вече не я е завинтил. Това означава, че микровълновата фурна принадлежи към електрически инсталации от клас на опасност I, които трябва да бъдат свързани към отделна верига за защитно заземяване със съпротивление на токовия поток до 4 ома плътно, т.е. постоянна връзка. Разглобяема връзка към заземителен проводник чрез еврогнездо не се счита за плътно заземена. Такива изисквания за микровълнова фурна се определят от съвпадението в нея, формално казано, на повече от 2 фактора на опасност:- Наличие на електрическо напрежение над 1000V;
- Наличие на източник на микровълново лъчение;
- Температурата на въздуха е над 30 градуса по Целзий, относителната му влажност над 85% и наличието на летливи вещества във въздуха под формата на изпарения от загрята храна.
Относно заземяването
В страни с метал-ефективна електрозахранваща система с твърдо заземена неутрала TN-C, вкл. В Руската федерация технически не е възможно да се осигурят всички жилищни сгради със защитни вериги за заземяване и глобално решение на този проблем не се очаква в обозримо бъдеще. Указанията за безопасност превеждат читателя от параграф на параграф и от точка на точка, без да предоставят общи насоки, подходящи за всеки конкретен случай. Общият смисъл: спасяването на давещите се хора е дело на самите давещи се хора. Потърсете всяка възможност да организирате верига за защитно заземяване, поне индивидуална с опростен дизайн. Няма такъв - редовно проверявайте микровълновата печка за качеството на екранирането и микровълновия „сифон“, вижте по-долу. Въпреки че формално това би било грубо нарушение на правилата и разпоредбите за безопасност и би било безполезно да се съди дори безпомощен бездомник за щети, причинени от микровълнова фурна. Вярно е, че няма нужда да се страхувате от глоба за нарушение; Поради широкото използване на микровълнови фурни, това вече не е законово осъществимо.
Високо напрежение
Степента на въздействие на електрическия ток върху човек зависи от състоянието на тялото му, силата на тока, времето на неговото излагане и количеството електрическа енергия, освободена в тялото. Следователно, например, телевизор с кинескоп и електрошоков пистолет (съответно до 25 kV на 3-тия анод на кинескопа и 35 kV на изхода) не принадлежат към клас I: високоволтовият токоизправител на първият не е в състояние да произведе опасен ток дори при нормална работа, а порцията енергия на изхода на втория е прецизно дозирана. Въпреки че, ако поставите ръката си в линейното сканиране на телевизора, усещанията ще бъдат отвратителни. Определящите параметри на въздействието на електрически ток върху човек са следните:
- Електрическото съпротивление на здраво тяло е 100 kOhm; в състояние на интоксикация, болен, изпарен, уморен - 1 kOhm.
- Опасният ток от гледна точка на възможни дългосрочни последствия е 1 mA.
- Неотделящият ток, причиняващ мускулни крампи, е 10 mA.
- Незабавно (в рамките на 1s) ток на убиване - 100 mA.
- Максимално допустимото отделяне на енергия в тялото за 1 s е 60 J, т.е. мощност – 60 W.
Това следва разделението на електрическите инсталации в 2 големи категории: до 1000V и над 1000V. Първото все още може да е безопасно; последните със сигурност са опасни. Между другото, телевизорът и електрошоковият пистолет също са опасни, но тяхната степен на опасност не е най-висока, т.к. поради един фактор.
Трябва да се вземе предвид още един момент: индивидуалната чувствителност на човек към електрически ток варира в много широки граници. Това важи особено за допустимата мощност на разреждане, честно казано, тя е „лека“. Взети на базата на това, че човек при нормални условия отделя ок. 60 W топлина, но няма надеждна физиологична обосновка. 60-ватови импулси понякога се използват за лечение на тежки и опасни психични пациенти, но е по-добре да избягвате напълно импулсните разряди на ток през себе си, т.к. Те са тези, които най-често водят до дългосрочни последици. Особено опасна в това отношение е микровълновата, тъй като... захранването се подава към магнетрона в импулси. Ето защо, преди да го поправите, трябва стриктно да изпълните следните подготвителни процедури:
- Изключете напълно от захранването, като извадите щепсела от контакта;
- Изчакайте стандартното време за разреждане на кондензатори с високо напрежение през стандартен резистор - 20 минути;
- Изключете заземителния проводник (ако има такъв);
- Изчакайте още 3 разряда, т.е. Един час;
- Едва сега можете да премахнете външния корпус и да започнете работа;
- Всички работи трябва да се извършват само при напълно изключена микровълнова фурна (с изваден щепсел от контакта и изключен заземяващ проводник);
- В процес на самостоятелен ремонт - не започва пробен период!Ако подмяната на подозрителния елемент не помогне, оставяме всичко както е и се свързваме с сертифициран специалист. Или търсим средства за нова печка, след като сме разбрали цената на ремонта.
Забележка:извършване на принудително разреждане на кондензатори с високо напрежение по всякакъв начин (например късо свързване на клемите с отвертка) извън специална лаборатория изключително опасно!Запомнете - енергията, натрупана в кондензатор, е пропорционална на квадрата на напрежението върху него!
Високото напрежение е особено опасно за електрическите инсталации, ако се борави неправилно. Например, хванете проводник с високо напрежение с пръсти. Напълно безопасен, без ток и разреден. Когато работите под въздействието на електрическо поле, мазнината дифундира доста бързо (както се казва сега, тя мигрира) в изолацията, което скоро ще доведе до нейното разпадане. Ето защо, когато работите с високоволтови компоненти, трябва да носите чисти латексови ръкавици, ако е възможно, да боравите с части само с инструмент и след приключване на работата избършете с 96% технически етилов алкохол. Не е медицинска дестилация! Индустриалният алкохол оставя малки ивици от соли, защото... При производството му се използва сулфат. Когато детайлът изсъхне напълно, капките се отстраняват с чист, сух, измит фланелен парцал или още по-добре с микрофибърна кърпа за почистване на очила.
Микровълнова печка
Ефектът на микровълните върху човешкото тяло е в много отношения подобен на този на проникващата радиация:
- Еднократно излагане на голяма доза може незабавно да причини необратими здравословни проблеми, сред които загубата на репродуктивни способности не е най-тежката.
- Съществува определена прагова стойност на плътността на микровълновия енергиен поток (EFD), под която ефектът му върху тялото не се отразява на тялото нито веднага, нито в дългосрочен план.
- В границите на стойността на PES от прага на чувствителност към забележим физиологичен ефект, микровълновото облъчване има кумулативен ефект - първоначално може да бъде напълно незабележим, но по-късно ще се прояви по най-опасния начин. Типичните последствия са геномни нарушения, левкемия и рак на кожата.
Микровълновото лъчение също се различава от йонизиращото лъчение по лош начин: лесно изтича от определения му обем през пукнатини и покрай електрически проводници, стърчащи навън. Експертите казват, че микровълновата сифонира много добре. Ето защо е по-добре да не предприемате ремонт на микровълновия път на микровълнова фурна, от входа на захранването към магнетрона до изходния прозорец на вълновода, без задълбочени специални познания и оборудване: ако според резултатите от теста (вж. по-долу), не сифонира веднага след ремонта, ще сифонира по-късно.
Въпросът се усложнява още повече от факта, че границите на индивидуалната чувствителност към микровълновото лъчение са дори по-широки, отколкото към електрическия ток. Прагът на възприемане е толкова размит, че например в САЩ приеха за максимално допустима чудовищната стойност на ПЕС - 1 (W*s)/кв. м. Човек директно усеща такова излъчване и трябва незабавно да напусне опасната зона, т.к Микровълновата PPE от такъв мащаб причинява плазмолиза на клетките на тялото. Дългосрочни последици – здравно осигурени сте за сметка на фирмата. Безсилна ли е медицината във вашия случай? Съжаляваме, незабавно бяхте предупредени за възможните последствия.
В СССР стигнаха до другата крайност, приемайки допустимата ПЕС милион пъти по-малка - 1 (μW*s)/кв. m; това е приблизително 5 пъти по-ниско от естествения микровълнов фон в райони със средна ширина с редки и леки гръмотевични бури. Всичко би било наред, но се оказа технически невъзможно да се осигури необходимата степен на екраниране на микровълновите инсталации. Въпреки че, между другото, честотата на професионалните заболявания сред персонала, работещ с микровълни, в СССР е била приблизително три пъти по-ниска, отколкото в Америка.
Нова или веднага след ремонт микровълнова фурна трябва да се провери първо за качеството на екранирането; второ, дали микровълновата фурна сифонира от него по време на работа. Точно в този ред: ако екранировката е добра, микровълновата доза, която получавате в рамките на един час на разстояние повече от 1 m от печката, няма да надвишава еднократно допустимото време за най-чувствителния човек.
Екраниране
За да проверите микровълновата печка за качество на екраниране, първо, трябва напълно да изключите апартамента/къщата, като изключите главния прекъсвач на входното разпределително табло или развийте щепселите на електромера. RCD, ако има такива, се оставят включени. Това е необходимо, за да сте сигурни, че микровълновата печка не сифонира през мрежата и заземяващите проводници.
След това поставяме включения мобилен телефон в микровълновата, затваряме вратата и се опитваме да му се обадим от друг. Няма значение откъде е, дори от Антарктида. За нас е важно да сме сигурни, че най-близката клетка не улавя сигнала на маркера за това, което има във фурната. Както знаете, мобилните телефони, дори когато са изключени, отговарят веднъж в минута като „онлайн съм“, а импулсът от предавателя на телефона е доста силен.
Така че, ако обаждането не е преминало и е пристигнало съобщение като „Телефонът на обажданата страна е извън обхвата на мрежата или е изключен“, тогава всичко е наред, екранирането на пещта е наред и може да се тества по-задълбочено. Ако съобщението е „Абонатът е недостъпен“ или „Неуспешно обаждане“, това означава, че маркерът на контролния телефон е проникнал в клетката, но гласовият канал не може да бъде установен, екранирането на фурната е лошо. Какво да правите по-нататък с такава печка е по ваша преценка, в американски стил: „Бяхте предупредени за възможните последствия“.
Сифон
Мобилните телефони работят в честотен диапазон 900 или 1800 MHz, а предавателят на телефона е много по-слаб от магнетрона. Следователно трябва да проверите дали защитата на микровълновата печка от собственото й излъчване е достатъчно надеждна. За да направите това, ще ви трябват 2 пластмасови чаши за еднократна употреба, алуминиев тиган с капак и много не много мокри продукти, които нямате нищо против да препечете, например варени картофи в кожуха. Водата в чашите трябва да е с еднаква температура, равна на стайната. Следователно, ако експериментът е планиран предварително, чешмяната вода трябва да се налее в чист съд около 24 часа предварително, а водата, която вече е в термодинамично равновесие с околната среда, трябва да се налее в чаши: за да се напълни 200- ml контейнер, за да пристигне, ще отнеме поне 2 -3 часа.
За експеримента продуктът се зарежда във фурната и вратата се затваря, без да се стартира таймерът. На 10-40 см пред вратата на фурната се поставят чаши с вода: едната „гола“, другата в покрита тава. Водата се измерва в чаши с помощта на чаша по равно в количество от 100-500 ml с точност не по-лоша от 0,5 ml. Настройваме регулатора на мощността на фурната на максимум без печене. Ако е възможно, по-добре е да изключите подсветката на камерата. Стаята трябва да е максимално тъмна и със сигурност да няма пряка светлина, вкл. и от електрически крушки. Сега завъртете копчето на таймера до максималното време (обикновено 30 минути) и се измъкнете от опасност. Големината на PES намалява с квадрата на разстоянието от източника, така че ще бъде напълно безопасно да отидете в друга стая.
Веднага щом микровълновата звънец звъни, ние се връщаме, включваме светлината (можете сега), свалете капака от тигана и, без да докосвате чашите с ръце (!), измервайте внимателно температурата на водата в тях разбъркване с температурна сонда. Ако температурната разлика в контейнерите е по-малка от 1 градус (това е двойната вътрешна грешка на температурната сонда, въпреки че тестерът показва температурата в градации от 0,1 градуса), тогава всичко е наред - за час и половина на ден , тази микровълнова може да се използва според съветските стандарти. Ако е повече, пак всичко е по ваша преценка, по американски.
Проверка на вратата
Ако привидно работеща микровълнова фурна сифонира, тогава най-вероятно разстоянието между затворената врата и корпуса на фурната е повече от 0,15 mm. В RuNet те правилно пишат, че можете да го проверите с лист хартия за писане с плътност 90-110 g / куб. dm, тя е точно с правилната дебелина, но методът за тестване, който дават, е неправилен. Би било правилно да изрежете лента от хартия с ширина 5-7 см и да я поставите под вратата 6 пъти преди затваряне: отгоре и отдолу при пантите, след това в средата и при ключалките. Всеки път хартията не трябва да се издърпва изпод заровената врата. По този начин вратата ще бъде проверена за изкривяване както хоризонтално, така и вертикално и може да бъде елиминирана поради луфт на болтовете за закрепване на пантите в монтажните отвори.
Как работи микровълновата?
Е, сега знаете достатъчно за микровълновите и микровълновите фурни, за да решите дали си струва да поемете ремонта сами. Ако такова желание остане, тогава, за да разберете най-накрая как работи микровълновата фурна, къде могат да се счупят нещата в нея и къде каква степен трябва да се внимава при ремонта й, ще трябва да се обърнете към електрическата схема на микровълнова печка. Неговата типична структура, използвана в много модели на Samsung и други производители, е показана вляво на фиг. Маркиран в зелено е предпазител от пренапрежение, предназначен да предотврати освобождаването на микровълнова енергия върху захранващите проводници на микровълновата фурна (вижте по-долу). Син – контролен модул с EMB система. Gorchichny - устройство за генериране на захранващи импулси към магнетрон (UFI). Формално UFI е включен в контролния модул; техните компоненти са разположени на една и съща печатна платка. Но неизправностите на UFI са специфични, така че функционално трябва да се разглеждат отделно. Захранването на BPM магнетрона е обозначено в розово.
Какво се случва там
Мрежовият филтър съдържа общ предпазител F1, който може да изгори в много случаи, вижте по-долу. Ако неизправността, която е причинила неговото изгаряне, е елиминирана, новият F1 трябва да бъде настроен на същия рейтинг (за същия ток, време и температура на реакция) като „родния“. F1 осигурява обща защита на фурната срещу текущи претоварвания, така че ако мисълта за „бъг“ мине през ума ви, по-добре е незабавно да я превключите на нова микровълнова фурна.
Термичният предпазител (термичен предпазител) е монтиран върху тялото на най-горещия компонент - магнетрона - и се задейства многократно: възстановява се, когато се охлади. Ако микровълновата фурна се изключи поради прегряване, преди програматорът да я изключи, това е знак, че изпускателният вентилатор за магнетронно охлаждане, неговата изходна решетка или входната тръба са запушени. Ако моторът на вентилатора работи с тропане, скърцане или силен шум, вероятно е механичното му износване, което изисква смяна на мотора.
EMB
Микропревключвателите SWA, SWB и SWC съставляват електромеханичната система за блокиране. SWA и SWB се активират от горното резе на вратата, SWC от долното. Тъй като микровълновата печка е устройство от клас на опасност I и често работи ненормално (без заземяване), се използва сложна система EMB: двойна за отваряне и контрол за късо съединение. Тук се прилага един от принципите на туберкулозата: ако е невъзможно да избегнете невидима опасност на 100%, трябва поне да я направите видима. Невидимата опасност в случая е микровълновото излъчване през неплътно затворена врата, а видимата опасност е изгарянето на F1.
С оглед на значението на EMB за безопасността на фурната и нейната чувствителност към повреди поради утаяване на изпарения (виж по-долу), е необходимо да се разгледа по-подробно EMB веригата отделно от общата, която вече е в състояние със затворена врата (вижте фигурата вдясно). Както можете да видите, ако SWA блокира, когато вратата е отворена, SWC ще даде накъсо общата захранваща верига, което ще доведе до изгаряне на F1. За да се избегнат фалшиви аларми на EMB, е необходимо SWC да превключва малко по-бавно от SWA. Следователно, първо, дефектните SWA и SWC трябва да бъдат заменени само с такива от същия тип.
Второ, възможна е ситуация, при която всички EMB микрофони звънят нормално както при отворена врата, така и при затворена врата, но F1 изгаря веднага, когато се отвори. Това означава, че изпаренията от продуктите са проникнали в микриките, времето им за реакция е „изплувало“ и EMB е станал небалансиран във времето. Има само един изход - сменете SWA, SWB и SWC наведнъж, защото Те са несменяеми и не подлежат на ремонт.
Забележка:Същите микропревключватели за електромеханичното заключване на вратата трябва първо да бъдат проверени, ако фурната не се включва, когато вратата е затворена. Много често техните контакти просто не се затварят/превключват поради прилепването на детето към тях.
Мазнини и изпарения
Веднага се сблъскахме с ролята на мазнините и техните изпарения в причиняването на неизправности в микровълновата печка и ще има още повече проблеми от това в бъдеще. Мазнината в храните не кипи в микровълновата фурна, както в тиган, а се изпарява и парите й се утаяват навсякъде, образувайки филм от изпарения. Той нарушава механиката, причинявайки сложни проблеми (вижте по-долу). Леко влажен димен филм има забележима проводимост, „обърквайки“ контролната автоматизация, а сух филм се пробива с напрежение под 500 V, което е опасно за частта с високо напрежение. Особено нежелателно е децата да влизат в микровълновата пътека - ремонтът на микровълнова фурна в този случай се оказва най-трудният и скъп.
За да проверите повсеместното разпространение на мастните изпарения, можете да направите експеримент, който изисква изцяло нов тиган с капак. Засега дръжте капака настрана и разтопете мазнината за готвене в тиган, докато се разтече. След това го оставят да се втвърди напълно в тигана, покриват го с капак и го оставят на стайна температура за един ден или повече. След това капакът се оказва лепкав на допир - върху него са се утаили мастни изпарения. Какво се случва с мазнината в камерата на пещта при температура 100 и повече градуса е риторичен въпрос. Мазнината в микровълновата фурна не е тъмна, прегоряла, като кухненската мазнина, а почти прозрачна и следователно трудно забележима, но не по-малко вредна.
Автоматичен контрол
Да кажем, че нашата печка все още работи. Продуктът е зареден и вратата е затворена. Контролът на мощността (вижте по-долу) е настроен правилно. Завъртете копчето на таймера до желаното време - SW1 веднага ще се затвори, включете подсветката, въртенето на масата, магнетронния въздушен поток и конвектора. Когато те се „ускорят“, SW2 ще работи и ще включи устройството за генериране на импулси на магнетрон (UVI), пещта ще започне да се нагрява. Когато таймерът се върне на нула, SW1 и SW2 ще се отворят, изключвайки всичко и звънецът ще звъни. В обикновените микровълнови фурни пружината му се зарежда механично, когато вратата е затворена, и се освобождава от лост, който натиска гърбицата на таймера.
Таймер
Микровълновият таймер е електромеханичен камерен програматор, задвижван от самия таймер: спирална пружина с часовников механизъм или микромотор с скоростна кутия. Няколко диска с гърбици са монтирани на вала на таймера, затварящи и отварящи контактни групи.
Неизправностите на таймера (ще го наречем така за краткост) най-често се причиняват от дебели деца. По-рядко - повреда на механични части. Дори по-рядко, ако таймерът е напълно механичен, е чрез отслабване на пружината. Типичните признаци на повреда на таймера са следните:
- След завъртане на копчето за управление, фурната изобщо не работи, копчето не се върти назад - механиката е напълно запушена или микромотора или скоростната му кутия е повредена. Ремонтът в първия случай е основен ремонт и почистване, във втория - подмяна.
- Крайните функции не работят. Например, подсветката, масата, магнетронният вентилатор и конвекторът се включват, но фурната не загрява. Или контактите (в случая SW2) са запушени, или гърбицата му се е счупила. Ремонт - както преди. случай.
- Копчето се върти обратно, отива на нула за определеното време, звънецът звъни, но нищо не се включва електрически. Същото, само с SW1.
- Всичко работи както трябва, но бавно - действителното време за връщане на копчето на нула е по-дълго от определеното. Рядко се случва и то само при таймери с часовников механизъм - пружината му е отслабнала. Ремонт - навийте го с 0,5-2 оборота; Таймерите с часовници имат тази функция. При някои без разглобяване: под задния капак има слот за отвертка за навиване.
Ох, тези "ски"...
В някои стари микровълнови печки LG, поради изпарения в таймера, понякога се случва напълно екзотична повреда: печката се включва спонтанно и „тупва“, докато спре да нагрява. Когато FU изстине, се включва отново. Опасен провал, т.к Ако камерата е празна, магнетронът скоро се поврежда и подмяната се оказва по-скъпа от нова пещ. Най-често се наблюдава в извън сезона, преди да включите отоплението, но само при затворена врата. Причината, както се оказва, е, че SW1 е заседнал поради изпарения и в същото време бучка изпарения между контактите на SW2. Неговото съпротивление във влажен въздух се оказа съизмеримо с това на UVI синхронизиращите резистори (вижте по-долу), кондензаторът за съхранение бавно се зареди и стартира релето, което захранваше магнетрона.
Механика на камерата
Утаяването на детето в механизма за въртене на масата и конвектора действа като изпомпващо действие: поради неравномерно нагряване на товара се засилва отделянето на мастни пари от прегретите места. В крайна сметка капакът на изходния прозорец на вълновода изгаря, което означава сложен и скъп ремонт на микровълновия път. Ето защо, ако забележите неравномерно въртене на масата или детето затяга решетките на конвектора, трябва, без да чакате най-лошото, да разглобите печката и да почистите механиката. С условието: не докосвайте магнетрона и микровълновия път, ако дизайнът на пещта позволява това. В противен случай е по-добре да се свържете със сервизен център, цените за такива ремонти са разумни.
UVI и мощност
Устройството за генериране на магнетронни силови импулси работи по следния начин: чрез маломощен токоизправителен диод D1 и резистори R2/R3 се зарежда електролитният кондензатор С4 с голям капацитет. Ценеровият диод D2 е предназначен за защита на нисковолтови релета C4 и RY от пренапрежение. Когато напрежението на C4 достигне напрежението на задействане RY, то ще достави 220V 50/60Hz към първичната намотка на магнетронния силов трансформатор, който ще изведе микровълнов импулс в камерата. След кратко време C4 ще се разреди през намотката RY, ще се освободи, след което цикълът ще се повтори, докато таймерът отвори SW2 или FU запали. По този начин микровълновите импулси се подават към камерата (вмъкната в долния център на фигурата с диаграмата).
В най-простия случай регулирането на мощността се извършва чрез превключване на R2/R3. В този случай времето за зареждане на C4 се променя, но времето за разреждане остава непроменено. Съответно се променя отношението на периода на повторение на импулса към продължителността на импулса, т.нар. работен цикъл на импулсната последователност. Това е широчинно-импулсна модулация (PWM), която, както виждаме, в никакъв случай не е прерогатив на „цифровите“ микровълни. Средната мощност, доставена от магнетрона, която товарът на продукта, поради своята топлинна инерция, възприема като постоянна, зависи от работния цикъл на импулсите.
Така че по време на внезапно прекъсване на захранването, магнетронът, поради енергията, натрупана в намотките на трансформатора, не дава голям скок на микровълнови честоти, които могат да сифонират през всеки екран, първичната намотка на трансформатора не е напълно изключена от нула 220V, но остава свързан към него чрез високоомни резистори R4. Ако те бъдат отстранени, иначе работещата печка упорито ще сифонира към всяко заземяване. Ако запояването R4 на платката се замърси, магнетронът ще обработва всеки импулс по-дълго от необходимото, ще прегрее и нагревателят ще се изключи поради топлина. Така че запомнете добре тези „резачки“.
Редица модели микровълнови фурни използват двойна ШИМ, което осигурява по-голяма стабилност на средната мощност на магнетрона. За да направите това, на вала на таймера са инсталирани допълнителни дискове с различен брой гърбици и техните собствени контактни групи. Регулирането на мощността се извършва чрез превключване на захранването на UFI от група към група. В този случай поредица от импулси на захранване идва в пакети, следващи един друг по-рядко или по-често (позиции a и b на фигурата), а работният цикъл на импулсите в пакета остава непроменен.
В UFI релето най-често се проваля (виж фигурата вдясно) - неговите контакти трябва да превключват голям ток. Магнетронът не се включва и фурната не загрява, въпреки че всичко останало е наред. За да проверите, клемите на намотката RY са свързани към регулиран източник на захранване, а мултиметърът, включен в режим на омметър, е свързан към клемите на затварящите контакти. Ако, когато напрежението на намотката се увеличи от 3 до 24 V, тестерът не показва късо съединение, RY трябва да се промени, независимо дали е чуто щракване на задействаните контакти или не.
Друга типична неизправност е, че печката загрява по-малко от зададеното от копчето на регулатора. Развива се постепенно: за да получите същата топлина, трябва да завъртите дръжката все повече и повече. Възможна причина е загуба на капацитет C4; той е заменен с известен добър от същия тип.
Забележка:Друга възможна причина за намаляване на микровълновата мощност е изчерпването на живота на магнетрона. Характерните признаци са, че пещта е на повече от 5 години, използвана е интензивно и спадът на мощността се развива много по-бавно, не с дни и седмици, както при загубата на капацитет на времеви кондензатор, а с течение на времето от месеци. Прецизна диагностика - в сервиз или производствена лаборатория, която разполага със съответния оборудване.
Накрая от време на време се чува внезапен удар и фурната спира да загрява. При отваряне се оказва, че тялото на С4 е раздуто и спукано. Причината е, че D1 е счупен или D2 не работи. В допълнение към замяната на двете наведнъж и C4, определено трябва да проверите RY, както е описано по-горе - намотката му може да изгори.
Стойка за високо напрежение
По време на ремонта на частта с високо напрежение (магнетрон IP) ще е необходимо да се позвънят нейните компоненти. Редовният тестер не ги улавя; напрежението на батерията не е достатъчно. В RuNet се препоръчва да се проверяват компоненти с високо напрежение (HV), като се използва тестова лампа с нажежаема жичка 15-25 W 220V. „Звъненето“ на верига с помощта на „контрол“ е, първо, директно забранено от PTB. Второ, този метод е много груб и не дава 100% надежден резултат.
Самоделният стенд за тестване на експлозивни компоненти (виж фигурата вдясно) е преди всичко напълно безопасен: входният импеданс на мултитестера при границата на измерване от 750 V AC е няколко мегаома. Ако случайно докоснете синия край на проводника според диаграмата, усещанията няма да бъдат по-големи, отколкото при използване на фазов индикатор. Просто трябва да маркирате върху тялото на контакта къде е фазата (определя се от същия фазов индикатор), върху щепсела - към кой щифт отива червеният проводник на диаграмата и да поставите щепсела в контакта, така че маркировките съвпада.
В допълнение, тази стойка е много по-чувствителна и ви позволява да намерите дори потенциално дефектни елементи, които причиняват периодични неизправности в работата на пещта:
- Тестерът показва почти пълно мрежово напрежение - компонентът има късо съединение.
- Напрежението е непълно, но доста високо (десетки волта) - повреда под работно напрежение; контролът го „хваща” несигурно.
- Напрежението е ниско, няколко волта - изтичане под работно напрежение. Компонентът все още е полумъртъв, но скоро ще пробие. Системата за управление ще реагира на това, сякаш работи правилно.
Забележка:Запомнете обаче - всякакви манипулации с тествания компонент (включване, изключване, превключване) могат да се извършват само чрез изваждане на щепсела от контакта!
Магнетронно захранване
Благодарение на импулсния режим на работа, захранването с високо напрежение на магнетрона се извършва с помощта на полувълнова верига с удвояване на напрежението. Не се опитвайте да изградите такъв за вашите нужди - неговият трансформатор трябва да е проектиран да работи в режим на късо съединение на вторичната намотка за 5 минути.
Положителната полувълна от вторичната намотка на трансформатора, затваряща се през високоволтовия диод D, зарежда високоволтовия кондензатор С до неговото амплитудно напрежение от 2000 V. Отрицателната полувълна през същия диод го зарежда до 4 kV, както в усилвателя на напрежението на старите телевизори. Магнетронът под такова емитерно напрежение (отрицателно спрямо общия проводник) започва да генерира микровълнови честоти, C се разрежда и всичко се повтаря отначало.
Високоволтовият предпазител F и разрядният резистор R са защитни. Първият изключва магнетрона, когато моментално се претовари до точката на прегряване (например, когато камерата е празна или претоварена, в нея има метални предмети или неподходящи продукти, или когато диод с високо напрежение се повреди). Чрез R кондензаторът бързо се разрежда, което предпазва микровълновата от „изпръскване“ при внезапно отваряне на вратата, докато фурната работи.
В тази схема, когато F изгори, е възможно микровълново пръскане навън в случай на некачествено екраниране и/или заземяване, т.к. Електрическа дъга гори в изгорял предпазител за няколко милисекунди. Поради това редица модели микровълнови фурни използват магнетронна захранваща верига със защитен диод (виж фигурата вдясно). В него са изключени микровълнови изблици, но лошото е, че защитният диод е еднократен като предпазител, чупи се по-често и струва колкото високоволтов кондензатор. Защитният диод се проверява на описаната по-горе стойка, точно като високоволтовия: когато го включите в двете посоки напред и назад, тестерът трябва да покаже прибл. половината от мрежовото напрежение. Ако разликата е повече от 20%, това е дефектно, въпреки че "превъртането" с индукционен мегер и контролен тест ще преминат нормално.
Всяка неизправност на HV IP води до факта, че фурната не се нагрява, въпреки че всички други функции работят. В този случай F непременно изгаря същият предпазител, само с пружинна резба за по-бързо отваряне. Обажда се от обикновен тестер. Високоволтовият кондензатор се тества на описания по-горе стенд; тестерът трябва да показва 10-70 V в двете посоки, в зависимост от капацитета на тази проба (посочен на кутията).
Трансформатор
След като проверите до 4 експлозивни компонента, трябва да проверите силовия трансформатор на магнетрона. Микровълновата печка може да не загрее поради късо съединение между витките в нейните намотки (късо съединение на витките). Не се определя от тестера за непрекъснатост, т.к няма почти никакъв ефект върху активното съпротивление на намотките. Най-добре е да предадете подозрителен трансформатор за проверка във фирма, специализирана в електрически измервания (не електроинсталационни работи!) или в електроизмервателната лаборатория на РЗО или БНФ. Цените за такава услуга са божествени навсякъде.
Ако не е възможно да стигнете до лабораторията, тогава с висока степен на увереност можете да проверите трансформатора у дома. Техниката се основава на факта, че при наличие на късо съединение на завой, токът на празен ход на трансформатора се увеличава няколко пъти. Тук ще трябва да извършите нарушение, като използвате същата контролна лампа при 220V 15-25 W. Не можете да го определите на пейката: токът през тестера в режим на волтметър е твърде малък и измерването в режим на амперметър е много опасно.
Управлението е свързано последователно с намотката за високо напрежение. С високо напрежение е, но за сметка на това е изключително опасно! Намирането на намотката за високо напрежение не е трудно; тя е силно изолирана и заедно с намотката с нажежаема жичка е обвита в допълнителна изолация, вижте фиг. на дясно. Сглобената схема се свързва за кратко към мрежата за не повече от 5-10 s. Ако трансформаторът работи правилно, крушката или изобщо няма да свети, или нейната жичка ще се нагрее до тъмно червено. Ако има забележимо сияние, има и късо съединение.
Без опит може да е трудно да се определи: какво означава „мътночервено“ и „забележимо сияние“? За да сме сигурни, ще организираме изкуствена орбита. Нека изключим веригата от мрежата (!!!), съединим накъсо намотката на нишката и отново я включим за кратко в мрежата. Електрическата крушка трябва да мига много по-ярко, отколкото в първия случай. Ако светенето не се е променило или се е променило само леко, трансформаторът се "усуква" и е неизползваем.
Магнетрон
Ако всички компоненти с високо напрежение са проверени, но все още няма генериране на микровълни, тогава проблемът вероятно е в магнетрона. Без да го премахвате или разглобявате микровълновия път, можете да използвате обикновен тестер, за да проверите магнетрона за вътрешно късо съединение. Получава се поради отлепване на катодното покритие, което затваря междината между него и анода.
Почти толкова често, колкото и вътрешно късо съединение, възниква повреда на катодния филтър в магнетрона (показано с червената стрелка вляво на фигурата). Това не е просто конектор, а двойка захранващи кондензатори с високо напрежение. Невъзможно е да се определи пълненето на кондензаторите (в центъра на фигурата), това, първо, е малко вероятно да покаже нещо; второ, неговите трохи и особено прахът са токсични. На първо място, трябва да измерите съпротивлението между клемите с обикновен тестер. Трябва да е близо до нула: клемите са свързани към нажежаемата жичка и нейният ток е прибл. 10A при 6.3V.
Трябва внимателно да развиете скобата с преминаващи кондензатори; в много случаи това може да се направи без да се премахва магнетрона и без да се докосва микровълновият път. Най-вероятно разбивката ще бъде видима веднага (вдясно на фигурата); ако не, внимателно отхапете щипката от индуктивностите на филтъра и позвънете на всяка клема на фланеца на масата. Ако „пропуските“ работят правилно, тестерът ще покаже нула във всеки случай. Ако има поне няколко волта, има скрита повреда или изтичане на напрежение. Ако изглежда, че всичко е наред, но фурната все още не загрява, катодът внезапно напълно е загубил емисия и магнетронът е неизползваем. Това се случва с магнетрони, високомощни генераторни клистрони и тръби с пътуваща вълна (TWT); причината е разхерметизиране на корпуса, който трябва да има дълбок вакуум. Какво друго е възможно с магнетрон - магнитите се размагнетизират поради прегряване. В този случай, когато се включи, предпазителят за високо напрежение веднага ще изгори.
Камера
По логиката на изложението микровълновата камера е последна, но затова пък в нея се получават най-много повреди. Катастрофа като тази на поз. 1 Фиг., може да не е толкова страшно, колкото виждат очите: покритието на камерата обикновено е предназначено за такива случаи. Освен ако не сте опитали да готвите яйца в микровълновата, свареният денатуриран протеин се впива здраво в покритието, което означава нова фурна. Трябва внимателно да отстраните остатъците от камерата, да я измиете с препарат, препоръчан от производителя, и да проверите за драскотини, по-дълбоки от окото, 0,1 mm. След това проверяваме на ръка гладкото въртене на масата и правим тест за екраниране и „сифон“. Вероятността фурната да е подходяща за по-нататъшна употреба не е малка. Ако покритието прогори (поз. 2), проблемът е в шевовете - трябва нова печка. Без значение как го ремонтирате, сифонът ще бъде „директен огън направо“.
Може би най-често срещаната неизправност на домашните микровълнови фурни е, че всичко работи както трябва, всичко е заредено както трябва и това, което преди това е било загрято без проблеми, но има искри в камерата. След това с чисти ръце в чиста и суха стая внимателно отстранете защитния капак на изходния прозорец на вълновода - ако е отстранен отвън, без да разглобявате микровълновия път. Капакът е изработен от мусковит или слюден плат и е доста крехък. Външната страна на капака може да изглежда чиста или да има лека повреда, но от страната на вълновода се разкрива напълно различна картина, поз. 3 и 4. Изпаряването на мазнината и мастните изпарения работи.
Капакът трябва да се смени с абсолютно същия. Домашни кулибини се надпреварват да предлагат: Изрязах ги от 1,5 мм материал! Ресурсът е четири пъти по-дълъг - фирмени 0,4 мм! Всъщност слюдата не е идеално прозрачна за микровълнова печка; дебелият капак ще се нагрее, ще абсорбира силно мастните пари и ще издържи по-малко от оригиналния. Но най-важното е, че пещта ще загуби режима си и ще започне да сифонира „почти в движение“.
Ако микровълновата печка има къс път, тогава под капака ще се вижда вътрешността на вълновода (по-точно изходния резонатор) и антената (емитер) на магнетрона. Резонаторът, ако покритието му не е подуто, напукано или обезцветено, може да се почисти със спирт, както е описано по-горе. Потъмнелият излъчвател трябва да бъде заменен с нов марков; той просто се отстранява от магнетрона. За целта старият емитер, забит в гнездото, се завърта много внимателно с малки клещи, а новият трябва да се постави с латексова ръкавица, за да не се изцапа или надраска.
Тук има три тънкости. Първо, никога не отстранявайте магнетрона сами. Второ, не се опитвайте да удължите живота на пробит (изгорял) емитер, като го обърнете. И в двата случая фурната се обърква и "сифонът" не може да бъде премахнат. Трето, след всеки ремонт, по време на който дори сте докоснали микровълновия път с пръст, не забравяйте да проверите микровълновата за екраниране и микровълново изтичане, както е описано по-горе.
Накрая
Напълно легитимен въпрос след прочитане: струва ли си да държите толкова опасно устройство у дома? Няма абсолютно зло, както няма абсолютно добро. В темпото на съвременния живот понякога е много трудно да се направи без микровълнова фурна, а липсата на хидролиза на мазнини е силен аргумент в нейна полза.
Авторът се занимава професионално с микровълнови фурни от много години. Нямаше последствия за здравето: винаги бях изключително внимателен и индивидуалната чувствителност се оказа ниска. Във фермата има микровълнова печка, евтина е. Стои предимно със свален щепсел; Включва се много рядко и нередовно, когато е невъзможно без него.
Ето как трябва да се отнасяте към домашните микровълнови фурни: като към неизбежно, но понякога полезно зло. Като кутия дихлорвос или пропанова горелка - понякога ти трябва и няма заместител, но това не са неща за глезотия и аматьорски експерименти. И най-важното, проверявайте микровълновата печка поне веднъж на всеки шест месеца за качеството на екранирането и микровълновото изтичане.
Енциклопедичен YouTube
1 / 5
✪ ✅Домашен МАГНЕТРОНЕН ПИСТОЛЕТ от микровълнова печка и електрошоков пистолет
✪ ✅Какво може една микровълнова! Дъга с високо напрежение
✪ Магнетрон
✪ Какво е магнетрон?
✪ Emp Jammer / Как да направите джобен EMP излъчвател със собствените си ръце!
субтитри
Искам да ви предоставя нашето ново изобретение, електромагнитен пистолет и да покажа на какво е способен срещу мотопед със силна музика и шпионско оборудване. Източникът на микровълнова радиация са магнетроните, които извадих от микровълните, те се захранват високоволтов импулс от електрошоков пистолет, тайната на дългия обсег е в правилната координация на магнетроните и рупорната антена, което беше трудно постижимо с помощта на мощен шок с усилена мощност и бойни кондензатори, време е да го покажем в действие; първо премахнахме цялата ценна електроника и облякохме защитни костюми от фолио; можете да проверите наличието на мощно електромагнитно поле с помощта на електрически крушки. Тъй като под въздействието на радиация те започват да светят, ние включваме светенето на нашите магнетрони и какво се случва там сега, ще увелича, нека светлините да мигат, сега нека проверим колко е ефективен този пистолет срещу шпионско оборудване, както виждаме, бъгът работи, неговият чувствителен микрофон перфектно улавя речта на съседите и предава Нека се опитаме да облъчим телефона ми от разстояние 15 метра, чуват се силни смущения, но той продължава да работи, приближете се, около два пъти, дори три пъти, може би сигналът е изчезнал, бъгът е неутрализиран, добре, време е да тестваме пистолета си на нещо по-сериозно и излязохме извън града, за да облъчим скутера - уау - какво стана? - Не знам, аз, аз, аз, той... .... това... спря ли? Нещо даде на късо, виж колко дим има, по дяволите, какво стана? Вижте батерията там, може би каишката трябва да се свали. Къщата мирише на изгоряло окабеляване, така че как да го карате? добре, нека опитам да го стартирам, кракът не се връща, свършихме играта с магнетрона и сега ще трябва да го бутаме така! Бутане на скутер вкъщи през града, какво се случва, защо магнетронният пистолет толкова лесно деактивира електрониката, цялата тайна е в мощни импулси, високоволтови ударни разряди захранват магнетрони, които генерират кратки, но мощни електромагнитни импулси. електрическите вериги в технологиите улавят тези импулси, превръщайки ги в електричество, което прониква и унищожава полупроводниците в тях, но причинява по-малко вреда на живите организми, тъй като нагряването от къси импулси е по-малко, отколкото в микровълнова печка, така че костюм от фолио е достатъчен за предпазват от вредни лъчения, а сега ще пробвам този Magnetron blaster против силна музика, да го пускаме ли? - Шапката ми трепери! - добре, сега ще го тестваме! Честно казано, ще опитаме през тази стена, запалете топлината, махнете шока от предпазителя, всичко е готово, да тръгваме, жужи страшно, всичко работи - току-що увеличихте звука, нали? - Да, като цяло този пистолет не унищожи, но ще опитаме от най-близкия през една стена. Да видим какъв ще е ефекта, да тръгваме - о! по дяволите, какво стана? Не знам!@#% ! но оборудването се затрудни след дълги проверки, оказа се, че електронното запалване, окабеляване и, странно, батерията е изгоряла в скутера, смених релето за запалване, ремъка на вариатора и почистих ауспуха и скутера започна да караш още по-добре отпреди магнетрона Ако искаш още луди изобретения подкрепи канала с абонамент Аааааа! спасено!
История
През 1912 г. швейцарският физик Хайнрих Грейнахер изучава начини за изчисляване на масата на електрона. Той сглоби инсталация, в която електрически вакуумен диод с цилиндричен анод около прътовиден катод беше поставен вътре в магнит. Той не успя да измери масата на електрона поради проблеми с получаването на достатъчно ниво на вакуум в лампата, но в хода на работата му бяха разработени математически модели на движението на електрони в електрически и магнитни полета.
Френският учен Морис Понт и неговите колеги от парижката компания KSF през 1935 г. създават електронна тръба с волфрамов катод, заобиколен от резонаторни анодни сегменти. Това беше предшественик на магнетроните с резонаторни камери.
Дизайнът на многокухонния магнетрон Алексеев - Маляров, осигуряващ 300-ватово излъчване при дължина на вълната 10 сантиметра, създаден през 1936-39 г., стана известен на световната общност благодарение на публикацията от 1940 г. (Алексеев Н. Ф., Маляров Д. Е. Получаване на мощни вибрации на магнетрони в сантиметров диапазон на дължина на вълната // Magazine of Technical Physics 1940. Vol. 15, P. 1297-1300.)
Многокухонният магнетрон на Алексеев-Маляров дължи появата си на радара. Работата по радара започна в СССР почти едновременно с началото на работата на радара в Англия и САЩ. Според чужди автори към началото на 1934 г. СССР е напреднал в тази работа повече от САЩ и Англия. (Браун, Луис. Радарна история на Втората световна война. Технически и военни императиви. Бристол: Издателство на Института по физика, 1999 г. ISBN 0-7503-0659-9.)
През 1940 г. британските физици Джон Рандал и Хари Буут изобретяват резонансен магнетрон. Новият магнетрон произвежда импулси с висока мощност, което прави възможно разработването на радар на сантиметрови вълни. Радарът с къса дължина на вълната позволява откриването на по-малки обекти. В допълнение, компактният размер на магнетрона доведе до рязко намаляване на размера на радарното оборудване, което направи възможно инсталирането му на самолети.
През 1949 г. в САЩ инженерите Д. Уилбър и Ф. Питърс разработват методи за промяна на честотата на магнетрона с помощта на контрол на напрежението (митронно устройство).
Характеристики
Магнетроните могат да работят на различни честоти от 0,5 до 100 GHz, с мощност от няколко W до десетки kW в непрекъснат режим и от 10 W до 5 MW в импулсен режим с продължителност на импулса главно от части до десетки микросекунди.
Магнетроните имат висока ефективност (до 80%).
Магнетроните могат да бъдат или нерегулируеми, или настройваеми в малък честотен диапазон (обикновено по-малко от 10%). За бавна настройка на честотата се използват ръчни механизми, за бърза настройка на честотата (до няколко хиляди настройки в секунда) се използват въртящи се и вибрационни механизми.
Магнетроните като ултрависокочестотни генератори се използват широко в съвременните радарни технологии (въпреки че започват да се заменят с активни фазирани антенни решетки) и в микровълновите печки. Всъщност от 2017 г. магнетронът е последният тип масово произвеждано електрическо вакуумно устройство, след като производството на кинескопи беше прекратено в началото на 2010 г.
Дизайн
Резонансен магнетронсе състои от аноден блок, който като правило е дебелостенен метален цилиндър с кухини, изрязани в стените, действащи като обемни резонатори. Резонаторите образуват пръстеновидна трептяща система. Към анодния блок е прикрепен цилиндричен катод. Вътре в катода е монтиран нагревател. Магнитно поле, успоредно на оста на устройството, се създава от външни магнити или електромагнит.
За извеждане на микровълнова енергия, като правило, се използва телена верига, фиксирана в един от резонаторите, или отвор от резонатора към външната страна на цилиндъра.
Магнетронните резонатори образуват пръстеновидна осцилираща система, около тях се осъществява взаимодействието на електронен лъч и електромагнитна вълна. Тъй като тази система, в резултат на пръстеновидната структура, е затворена сама по себе си, тя може да бъде възбудена само от определени видове вибрации, от които важно е π - изглед. Сред няколко резонансни честоти на системата (при N резонатора в системата е възможно съществуването на произволен брой стоящи вълни в диапазона от 1 до N/2) най-често се използва π-тип трептения, при който фазите в съседните резонатори се различават по π . Ако има други резонансни честоти близо до работната честота (по-близо до 10%), са възможни честотни скокове и нестабилна работа на устройството. За да се предотвратят подобни ефекти в магнетрони с еднакви резонатори, в тях могат да се въведат различни връзки или да се използват магнетрони с различни размери на резонатора (четни резонатори с един размер, нечетни резонатори с друг).
Отделните модели магнетрони могат да имат различен дизайн. По този начин резонаторната система е направена под формата на няколко вида резонатори: процеп, лопатка, прорез и др.
Принцип на действие
Електроните се излъчват от катода в пространството на взаимодействие, където се влияят от постоянно електрическо поле анод-катод, постоянно магнитно поле и поле на електромагнитна вълна. Ако нямаше електромагнитно вълново поле, електроните щяха да се движат в кръстосани електрически и магнитни полета по сравнително прости криви: епициклоиди (кривата, описана от точка на кръг, търкаляща се по външната повърхност на кръг с по-голям диаметър, в този конкретен случай, по външната повърхност на катода). При достатъчно силно магнитно поле (успоредно на оста на магнетрона) електрон, движещ се по тази крива, не може да достигне до анода (поради силата на Лоренц, действаща върху него от това магнитно поле) и казват, че магнитното блокиране на диода е настъпило. В режим на магнитно блокиране част от електроните се движат по епициклоидите в анодно-катодното пространство. Под въздействието на собственото поле на електроните, както и на статистическите ефекти (изстрелов шум), в този електронен облак възникват нестабилности, които водят до генериране на електромагнитни трептения, тези трептения се усилват от резонатори. Електрическото поле на получената електромагнитна вълна може да забави или ускори електроните. Ако един електрон се ускори от вълновото поле, тогава радиусът на неговото циклотронно движение се увеличава и той се отклонява по посока на катода. В този случай енергията се прехвърля от вълната към електрона. Ако електронът се забави от полето на вълната, тогава неговата енергия се прехвърля към вълната, докато циклотронният радиус на електрона намалява, центърът на кръга на въртене се измества по-близо до анода и той може да достигне анод. Тъй като електрическото поле анод-катод извършва положителна работа само ако електрон достигне анода, енергията винаги се прехвърля основно от електроните към електромагнитната вълна. Въпреки това, ако скоростта на въртене на електроните около катода не съвпада с фазовата скорост на електромагнитната вълна, същият електрон ще бъде последователно ускоряван и забавян от вълната, в резултат на което ефективността на преноса на енергия към вълната ще бъди малък. Ако средната скорост на въртене на електрона около катода съвпада с фазовата скорост на вълната, електронът може да остане непрекъснато в областта на забавяне и преносът на енергия от електрона към вълната е най-ефективен. Такива електрони са групирани в групи (така наречените "спици"), въртящи се заедно с полето. Повтарящото се в продължение на няколко периода взаимодействие на електрони с радиочестотното поле и фазовото фокусиране в магнетрона осигуряват висока ефективност и възможност за получаване на големи мощности.
Приложение
В радарните устройства вълноводът е свързан към антена, която може да бъде или вълновод с процепи, или конусообразно подаване на рупор, съчетано с параболичен рефлектор (така наречената „чиния“). Магнетронът се задвижва от кратки импулси с висок интензитет на приложено напрежение, което води до излъчване на кратък импулс на микровълнова енергия в космоса. Малка част от тази енергия се отразява от радарния обект обратно към антената и влиза във вълновод, който я насочва към чувствителен приемник. След допълнителна обработка на сигнала, той в крайна сметка се появява на електроннолъчева тръба (CRT) като радарна карта A1.
В микровълновите фурни вълноводът завършва в отвор, който е прозрачен за радиочестотите (директно в камерата за готвене). Важно е във фурната да има храна, докато фурната работи. След това микровълните се абсорбират, вместо да се отразяват обратно във вълновода, където интензитетът на стоящите вълни може да причини искрене. Искрянето, което продължава достатъчно дълго, може да повреди магнетрона. Ако готвите малко количество храна в микровълнова фурна, по-добре е да поставите и чаша вода във фурната, за да поеме микровълните.
Бележки
- , С. 353.
- H. Greinacher (1912) „Über eine Anordnung zur Bestimmung von e/m“ (За апарата за определяне на e/m), Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, 14 : 856-864. (Немски)