วิธีการทำงานของแมกนีตรอนและการทำงาน

Magnetron - อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พิเศษที่สร้างการสั่นความถี่สูงพิเศษ (การสั่นของคลื่นไมโครเวฟ) ดำเนินการโดยการปรับการไหลของอิเล็กตรอนในแง่ของความเร็ว Magnetrons ได้ขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้ความร้อนอย่างมากด้วยกระแสความถี่สูงและสูงพิเศษ

Amplitrons (platinotrons), klystron และโคมไฟคลื่นเคลื่อนที่ที่ใช้หลักการเดียวกันนั้นพบได้น้อยกว่า

แมกนีตรอนเป็นเครื่องกำเนิดความถี่ไมโครเวฟกำลังสูงที่ทันสมัยที่สุด เป็นโคมไฟที่มีการอพยพด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ควบคุมโดยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก พวกมันทำให้สามารถรับคลื่นสั้นมาก (สูงถึงเศษเสี้ยวของเซนติเมตร) ด้วยกำลังที่มีนัยสำคัญ

แมกนีตรอนใช้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ตั้งฉากร่วมกันซึ่งสร้างขึ้นในช่องว่างรูปวงแหวนระหว่างแคโทดและแอโนด แรงดันไฟฟ้าขั้วบวกถูกนำมาใช้ระหว่างขั้วไฟฟ้าสร้างสนามไฟฟ้าในแนวรัศมีภายใต้อิทธิพลของอิเล็กตรอนที่ถูกดึงออกจากแคโทดที่ร้อนจัดไปยังขั้วบวก

บล็อกแอโนดถูกวางไว้ระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กในช่องว่างรูปวงแหวนที่กำกับไปตามแกนของแมกนีตรอน ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนจะเบี่ยงเบนไปจากแนวรัศมีและเคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจรแบบก้นหอยที่ซับซ้อน ในช่องว่างระหว่างขั้วลบและขั้วบวกจะเกิดเมฆอิเล็กตรอนหมุนพร้อมลิ้นซึ่งชวนให้นึกถึงศูนย์กลางของล้อที่มีซี่ เมื่อบินผ่านช่องของตัวสะท้อนเสียงโพรงแอโนด อิเล็กตรอนจะกระตุ้นการสั่นความถี่สูงในตัวพวกมัน

ข้าว. 1. บล็อกแอโนดแมกนีตรอน

แต่ละคาวิตี้เรโซเนเตอร์เป็นระบบออสซิลเลเตอร์ที่มีพารามิเตอร์แบบกระจาย สนามไฟฟ้ามีความเข้มข้นในช่องและสนามแม่เหล็กจะกระจุกตัวอยู่ภายในโพรง

พลังงานที่ส่งออกจากแมกนีตรอนสามารถรับรู้ได้โดยใช้วงจรอุปนัยที่วางอยู่ในตัวสะท้อนเสียงที่อยู่ติดกันหนึ่งตัวหรือมากกว่าสองตัว สายโคแอกเชียลจ่ายไฟให้กับโหลด

ข้าว. 2. อุปกรณ์แมกนีตรอน

การให้ความร้อนด้วยกระแสไมโครเวฟจะดำเนินการในท่อนำคลื่นที่มีหน้าตัดเป็นวงกลมหรือสี่เหลี่ยม หรือในเครื่องสะท้อนเสียงซึ่ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รูปแบบที่ง่ายที่สุด TE10 (H10) (ในท่อนำคลื่น) หรือ TE101 (ในเรโซเนเตอร์ของโพรง) การให้ความร้อนสามารถทำได้โดยการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังวัตถุที่ให้ความร้อน

แมกนีตรอนใช้พลังงานจากกระแสเรคติฟายด์ด้วยวงจรเรกติไฟเออร์แบบง่าย หน่วยพลังงานต่ำมากสามารถใช้ไฟฟ้ากระแสสลับได้

แมกนีตรอนสามารถทำงานที่ความถี่ต่างๆ ได้ตั้งแต่ 0.5 ถึง 100 GHz โดยมีกำลังตั้งแต่ไม่กี่ W ถึง 10 กิโลวัตต์ในโหมดต่อเนื่อง และตั้งแต่ 10 W ถึง 5 MW ในโหมดพัลส์ที่มีระยะเวลาของพัลส์ส่วนใหญ่ตั้งแต่เศษส่วนจนถึงหลายสิบไมโครวินาที

ข้าว. 2. แมกนีตรอนในเตาอบไมโครเวฟ

ความเรียบง่ายของอุปกรณ์และราคาที่ค่อนข้างต่ำของแมกนีตรอน เมื่อรวมกับความเข้มของความร้อนสูงและการใช้กระแสไมโครเวฟที่หลากหลาย เปิดโอกาสที่ดีสำหรับการใช้งานในด้านต่างๆ ของอุตสาหกรรม การเกษตร (เช่น ใน การติดตั้งเครื่องทำความร้อนอิเล็กทริก) และที่บ้าน (เตาอบไมโครเวฟ).

การทำงานของแมกนีตรอน

มันคือแมกนีตรอน โคมไฟฟ้า การออกแบบพิเศษที่ใช้ในการสร้างการสั่นความถี่สูงพิเศษ (ในช่วงคลื่น เดซิเมตร และเซนติเมตร) ลักษณะเฉพาะคือการใช้สนามแม่เหล็กถาวร (เพื่อสร้าง เส้นทางที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในหลอดไฟ) จาก ซึ่งแมกนีตรอนได้ชื่อมา

แมกนีตรอนหลายห้องซึ่งเป็นแนวคิดแรกที่เสนอโดย M. A. Bonch-Bruevich และตระหนักโดยวิศวกรโซเวียต D. E. Malyarov และ N. F. Alekseev เป็นการรวมกันของหลอดอิเล็กตรอนที่มีตัวสะท้อนเสียง มีเรโซเนเตอร์แบบโพรงหลายตัวในแมกนีตรอน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมประเภทนี้จึงเรียกว่าหลายห้องหรือหลายช่อง

หลักการออกแบบและการทำงานของแมกนีตรอนหลายห้องมีดังต่อไปนี้ ขั้วบวกของอุปกรณ์เป็นทรงกระบอกกลวงขนาดใหญ่ในพื้นผิวด้านในซึ่งมีช่องที่มีรูจำนวนหนึ่ง (ช่องเหล่านี้เป็นตัวสะท้อนเสียง) แคโทดตั้งอยู่ตามแกนของกระบอกสูบ

แมกนีตรอนถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กถาวรซึ่งกำกับไปตามแกนของกระบอกสูบ อิเลคตรอนที่หลุดออกจากแคโทดทางด้านข้างของสนามแม่เหล็กนี้ได้รับผลกระทบจาก กองกำลังลอเรนซ์ซึ่งทำให้เส้นทางของอิเล็กตรอนโค้งงอ

สนามแม่เหล็กถูกเลือกเพื่อให้อิเล็กตรอนส่วนใหญ่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้งที่ไม่สัมผัสกับขั้วบวก หากกล้องของอุปกรณ์ (เครื่องสะท้อนเสียงโพรง) ปรากฏขึ้น การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า (ความผันผวนเล็กน้อยของปริมาตรมักเกิดขึ้นจากหลายสาเหตุ เช่น จากการเปิดแรงดันแอโนด) จากนั้นสนามไฟฟ้ากระแสสลับไม่เพียงมีอยู่ภายในห้องเท่านั้น แต่ยังอยู่ภายนอกใกล้กับรู (ช่อง)

อิเลคตรอนที่บินอยู่ใกล้ขั้วบวกจะตกลงไปในช่องเหล่านี้ และขึ้นอยู่กับทิศทางของช่องนั้น จะเร่งหรือลดความเร็วลงในช่องเหล่านั้น เมื่ออิเล็กตรอนถูกเร่งด้วยสนาม พวกมันใช้พลังงานจากรีโซเนเตอร์ ในทางกลับกัน เมื่อพวกมันถูกลดความเร็ว พวกมันจะให้พลังงานบางส่วนแก่รีโซเนเตอร์

หากจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งและถูกลดความเร็วเท่ากัน โดยเฉลี่ยแล้วพวกมันจะไม่ให้พลังงานแก่รีโซเนเตอร์ แต่อิเล็กตรอนซึ่งถูกทำให้ช้าลงจะมีความเร็วต่ำกว่าที่ได้รับเมื่อเคลื่อนที่ไปที่ขั้วบวก ดังนั้นจึงไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะกลับไปที่แคโทดอีกต่อไป

ในทางตรงกันข้าม อิเล็กตรอนเหล่านั้นที่ถูกเร่งโดยสนามเรโซเนเตอร์จะมีพลังงานมากกว่าที่จำเป็นในการกลับสู่แคโทด ดังนั้นอิเล็กตรอนที่เข้าสู่สนามของตัวสะท้อนเสียงตัวแรกจะถูกเร่งให้กลับไปที่แคโทดและตัวที่ช้าลงจะไม่กลับไปที่แคโทด แต่จะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้งใกล้กับขั้วบวกและตก ในสนามของเสียงสะท้อนต่อไปนี้

ที่ความเร็วการเคลื่อนที่ที่เหมาะสม (ซึ่งสัมพันธ์กับความถี่ของการสั่นในรีโซเนเตอร์) อิเล็กตรอนเหล่านี้จะตกลงไปในสนามของตัวสะท้อนเสียงตัวที่สองที่มีเฟสการสั่นเท่ากันในสนามของตัวสะท้อนเสียงตัวแรก ดังนั้น ในสนามของตัวสะท้อนเสียงที่สอง พวกมันก็จะช้าลงเช่นกัน

ดังนั้น ด้วยตัวเลือกความเร็วของอิเล็กตรอนที่เหมาะสม เช่นแรงดันแอโนด (เช่นเดียวกับสนามแม่เหล็กซึ่งไม่เปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอน แต่เปลี่ยนทิศทาง) เป็นไปได้ที่จะบรรลุสถานการณ์ที่อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะถูกเร่งโดยสนามสะท้อนเสียงเพียงตัวเดียว หรือชะลอตัวโดยสนามสะท้อนเสียงหลายตัว

ดังนั้น โดยเฉลี่ยแล้ว อิเล็กตรอนจะให้พลังงานแก่รีโซเนเตอร์มากกว่าที่พวกมันจะพรากไปจากพวกมัน นั่นคือ การสั่นที่เกิดขึ้นในรีโซเนเตอร์จะเพิ่มขึ้น และในที่สุด การสั่นของแอมพลิจูดคงที่จะถูกสร้างขึ้นในพวกมัน

กระบวนการรักษาการสั่นในตัวสะท้อนที่เราพิจารณาด้วยวิธีที่ง่ายขึ้นนั้นมาพร้อมกับปรากฏการณ์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งเนื่องจากอิเล็กตรอนจะต้องบินเข้าสู่สนามนี้ในระยะการสั่นที่ระยะหนึ่งของการสั่น ของเรโซเนเตอร์ เห็นได้ชัดว่าพวกมันต้องเคลื่อนที่แบบไม่สม่ำเสมอ (ท. จากนั้นพวกมันจะเข้าสู่สนามเรโซเนเตอร์เมื่อใดก็ได้ ไม่ใช่ในบางช่วงเวลา แต่อยู่ในรูปของการรวมกลุ่มแต่ละครั้ง

สำหรับสิ่งนี้ กระแสอิเล็กตรอนทั้งหมดจะต้องเป็นเหมือนดาวฤกษ์ ซึ่งอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ภายในด้วยลำแสงที่แยกจากกัน และดาวทั้งดวงโดยรวมจะหมุนรอบแกนของแมกนีตรอนด้วยความเร็วที่ลำแสงของมันเข้ามาในแต่ละห้องที่ ช่วงเวลาที่เหมาะสม กระบวนการสร้างลำแสงแยกในลำแสงอิเล็กตรอนเรียกว่าการโฟกัสเฟสและดำเนินการโดยอัตโนมัติภายใต้การกระทำของสนามแปรผันของตัวสะท้อน

แมกนีตรอนสมัยใหม่สามารถสร้างการสั่นสะเทือนได้ถึงความถี่สูงสุดในช่วงเซนติเมตร (คลื่นสูงถึง 1 ซม. และสั้นกว่านั้น) และส่งพลังงานได้สูงถึงหลายร้อยวัตต์ด้วยการแผ่รังสีอย่างต่อเนื่องและหลายร้อยกิโลวัตต์ด้วยการแผ่รังสีพัลซิ่ง

ดูสิ่งนี้ด้วย:ตัวอย่างการใช้แม่เหล็กถาวรในงานวิศวกรรมไฟฟ้าและพลังงาน