Магнетрон принцип работы: Принцип работы и устройство магнетрона

Принцип работы и устройство магнетрона

Магнетроны применяются для получения колебаний высокой частоты. Они незаменимы в электронике и радиотехнике; устанавливаются в радиолокационных стациях, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон.

Конструкция многорезонаторного магнетрона

Его о

сновой является анодный блок, который представляет собой толстостенный полый медный цилиндр, в стенках которого вырезаны полости, соединённые с центральным пространством щелями. Эти полости представляют собой кольцевую систему объёмных резонаторов.

В центре анодного блока высверлено широкое круглое отверстие, через которое подключается источник питания посредством специальных выводов к катоду (подогреваемая нить накала), который проходит вдоль центральной оси анода. Вывод высокочастотных колебаний устанавливается в одном из резонаторов. Торцы цилиндра герметично закрыты медными крышками, а внутри обеспечивается вакуум высокой степени. Эффективное охлаждение блока обеспечивается ребристыми радиаторами, расположенными на его поверхности.

Принцип действия магнетрона

Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения.

При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода.

При некоторых условиях динамического равновесия, возвращающиеся в область катода электроны заменяются вылетевшими вновь. Поскольку электроны постоянно перемещаются от катода к аноду, возле последнего рядом со щелями объёмных резонаторов устанавливается постоянно вращающийся заряд кольцеобразной формы. По мере движения по окружности центральной полости анодного блока электроны возбуждают в каждом резонаторе незатухающие высокочастотные колебания.

Выводятся эти колебания посредством витка проводов, расположенного в полости одного из резонаторов, которые затем передаются в коаксиальную линию или волновод.

Магнетрон принцип работы и применение. Устройство магнетрона микроволновой печи

Легко управлять микроволновкой сегодня может даже ребенок. Она стала привычной и надежной помощницей. И при этом очень редко задумываемся, каким образом пища разогревается за считаные минуты. А происходит это, благодаря микроволнам, которые производит магнетрон. Разберемся, каким образом прибор работает.

Что такое магнетрон в СВЧ

Магнетрон — это главная деталь микроволновой печи
. Его неслучайно называют сердцем агрегата. СВЧ исправно выполняет свои функции только при исправном магнетроне.Основная задача детали — создание электромагнитных полей. Возможность руководить их возникновением была установлена почти 100 лет назад.

Справка.
В 1921 году физик из США А.Халл в процессе проводимых опытов и экспериментов обнаружил возможность изменять массу электронов.

Он же ввел в употребление само название магнетрона. Но высокочастотные электромагнитные волны были открыты тремя годами позже, в 1924 г. С этого времени ученые не только изучили СВЧ, но и научились их использовать.

Справка
. В микроволновых печах данные генераторы волн используются с 60-х годов XX века.

Как устроен магнетрон в СВЧ

Устройство детали требует минимальных знаний по физике. Поток электронов возникает в пространстве между анодом и катодом.

Анод

В микроволновке для анода используют медь. Из нее выполнена оболочка цилиндра. Внутри он полый. Стенка цилиндра толстая, ее внутренняя поверхность неровная. В разрезе анод выглядит как окружность, по всей длине которой расположены небольшие полукольца.

Они необходимы для создания дополнительного резонанса. Воздуха внутри анода нет, там создано вакуумное пространство. Чтобы создаваемые СВЧ волны не оставались внутри, в одном из полуколец-резонаторов имеется специальный выход.

Катод

Через центр анода проложен катод. Для него воспользовались нитью накаливания. Для ее подогрева предусмотрены провода. Они соединяют катод с источником подогрева.

Важно!
Анод и катод размещают в специальном блоке, который содержит магниты.

Принцип работы магнетрона

Итак, теперь мы знаем, что в главной детали СВЧ взаимодействуют 2 разных поля
.

• Первое из них — электронное
  . При включении прибора и подаче напряжения у катода появляются электроны, которые движутся к положительному полюсу — к аноду.
• Второе поле — магнитное
  . Оно воздействует на частицы и возвращает их назад, к катоду.

После того как электроны образуют кольцо, внутри магнетрона возникает заряд. Причем количество зарядов увеличивается, так как в каждом полукольце-резонаторе образуются дополнительные электронные кольца. Это становится причиной возникновения высокочастотных колебаний. Таким образом, волновое поле сверхвысоких частот появляется в результате взаимодействия электронного и магнитного полей.
Возникающие при этом микроволны и выполняют обработку продуктов.

Главная деталь в любой СВЧ печи — это магнетрон. Магнетрон — это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение. СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

При облучении электромагнитными волнами частотой 2,45 ГГц молекулы воды начинают колебаться. В результате этих колебаний возникает трение. Да, обычное трение между молекулами. За счёт трения выделяться тепло. Оно то и разогревает пищу изнутри. Вот так вкратце можно объяснить принцип действия микроволновки.

Конструкция микроволновки.

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, которая не позволяет излучению выйти наружу. Для равномерного разогрева пищи внутри камеры установлен вращающийся столик, который приводится в движение мото-редуктором (мотором), который сокращённо называется T.T.Motor
(Turntable motor
).

СВЧ-излучение генерируется магнетроном и через прямоугольный волновод подаётся в камеру. Для охлаждения магнетрона во время работы служит вентилятор F.M
(Fan motor
), который прогоняет холодный воздух через магнетрон. Далее нагретый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру и также используется для нагрева пищи. Через специальные неизлучающие отверстия часть нагретого воздуха и водяной пар выводится наружу.

В некоторых моделях СВЧ-печей для формирования равномерного нагрева пищи используется диссектор, который устанавливается в верхней части камеры микроволновки. Внешне диссектор напоминает вентилятор, но он предназначен для создания определённого типа СВЧ-волны в камере так, чтобы осуществлялся равномерный прогрев пищи.

Электрическая схема микроволновки.

Давайте взглянем на упрощённую электрическую схему рядовой микроволновки (кликните для увеличения).

Как видим, схема состоит из управляющей части и исполнительной. Управляющая часть, как правило, состоит из микроконтроллера, дисплея, кнопочной или сенсорной панели, электромагнитных реле, зуммера. Это «мозги» микроволновки. На схеме всё это изображено отдельной платой с надписью Power and Control Curcuit Board

. Для питания управляющей части микроволновки используется небольшой понижающий трансформатор . На схеме он отмечен как L.V.Transformer (показана только первичная обмотка).

Микроконтроллер через буферные элементы (транзисторы) управляет электромагнитными реле : RELAY1
, RELAY2
, RELAY3
. Они включают/выключают исполнительные элементы СВЧ-печи в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Исполнительные элементы и цепи — это магнетрон (Magnetron), мото-редуктор столика T.T.Motor (Turntable motor), охлаждающий вентилятор F.M (Fan Motor
), ТЭН гриля (Grill Heater
), лампа подсветки O.L (Oven Lamp
).

Особо отметим исполнительную цепь, которая является генератором СВЧ-излучения.

Начинается эта цепь с высоковольтного трансформатора (H.V.Transformer

). Он самый здоровый в микроволновке. Собственно, это и не удивительно, ведь через него нужно прокачать мощность в 1500 — 2000 Вт (1,5 — 2 kW), необходимых для магнетрона. Выходная же (полезная) мощность магнетрона 500 — 850 Вт.

К первичной обмотке трансформатора подводится переменное напряжение сети 220V. С одной из вторичных обмоток снимается переменное напряжение накала 3,15V. Оно подводится к накальной обмотке магнетрона. Накальная обмотка необходима для генерации (эмиссии) электронов. Стоит отметить, что ток, потребляемый этой обмоткой, может достигать 10A.

Другая вторичная обмотка высоковольтного трансформатора, а также схема удвоения напряжения на высоковольтном конденсаторе (H.V.Capacitor

) и диоде (H.V. Diode

) создаёт постоянное напряжение в 4kV
для питания анода магнетрона. Ток анода небольшой и составляет где-то 300 мА (0,3A).

В результате электроны, эмитированные накальной обмоткой, начинают своё движение в вакууме.

Особая траектория движения электронов внутри магнетрона создаёт СВЧ-излучение, которое и нужно нам для нагрева пищи. СВЧ-излучение отводится из магнетрона с помощью антенны и поступает в камеру через отрезок прямоугольного волновода.

Вот такая несложная, но весьма изощрённая схема является неким СВЧ-нагревателем. Не стоит забывать, что сама камера СВЧ-печи является элементом данного СВЧ-нагревателя, так как представляет, по сути, резонатор, в котором возникает электромагнитное излучение.

Кроме этих элементов в схеме микроволновой печи есть множество защитных элементов (см. термовыключатели KSD и аналоги.). Так, например, термовыключатель контролирует температуру магнетрона. Его штатная температура при работе где-то 80 0 — 100 0 C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Другие защитные термовыключатели подписаны на схеме, как OVEN THERMAL CUT-OUT
(устанавливается на воздуховоде), GRILL THERMAL CUT-OUT
(контролирует температуру гриля).

При наличии нештатной ситуации и перегреве магнетрона термовыключатель размыкает цепь, и магнетрон перестаёт работать. При этом термовыключатель выбирается с небольшим запасом — на температуру отключения 120 — 145 0 С.

Весьма важными элементами микроволновой печи являются три переключателя, которые встроены в правый торец камеры СВЧ-печи. При закрытии передней дверцы два переключателя замыкают свои контакты (PRIMARY SWITCH
— главный выключатель, SECONDARY SWITCH
— вторичный выключатель). Третий — MONITOR SWITCH
(контрольный выключатель) — размыкает свои контакты при закрытии дверцы.

Неисправность хотя бы одного из этих выключателей приводит к неработоспособности микроволновки и срабатыванию плавкого предохранителя (Fuse).

Чтобы снизить помехи, которые поступают в электросеть при работающей СВЧ-печи, имеется сетевой фильтр — NOISE FILTER
.

Дополнительные элементы микроволновки.

Кроме базовых элементов конструкции, микроволновка может быть оснащена грилем и конвектором. Гриль может быть выполнен в виде нагревательного элемента (ТЭН»а) или инфракрасных кварцевых ламп. Эти элементы микроволновки очень надёжны и редко выходят из строя.

Нагревательные элементы гриля: металло-керамический (слева) и инфракрасный (справа).

Инфракрасный нагреватель представляет собой 2 последовательно включенные инфракрасные кварцевые лампы на 115V (500 — 600W).

В отличие от микроволнового нагрева, который происходит изнутри, гриль создаёт тепловое излучение, которое разогревает пищу снаружи внутрь. Гриль разогревает пищу медленнее, но без него невозможно приготовить поджаристую курочку .

Конвектор — это, не что иное, как вентилятор внутри камеры, который работает в паре с нагревателем (ТЭН»ом). Вращение вентилятора обеспечивает циркуляцию горячего воздуха в камере, что способствует равномерному прогреву пищи.

Про фьюз-диод, высоковольтный конденсатор и диод.

Элементы в цепи питания магнетрона обладают интересными свойствами, которые нужно учитывать при ремонте микроволновки.

Для тех, кто желает более детально разобраться в устройстве СВЧ-печей, подготовлен архив с сервисными инструкциями микроволновых печей (Daewoo, SANYO, Samsung, LG). В инструкции приведены принципиальные схемы, схемы разборки, рекомендации по проверке элементов, список комплектующих.

Принцип действия магнетрона основан на влиянии электрического и магнитного полей на траекторию движения электронов. По своей сути, магнетрон является электровакуумным диодом. Другими словами «электронной лампой» с двумя электродами. В основе работы электровакуумных приборов лежит явление термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия возникает при разогреве поверхности эмиттера (катода), в следствии чего увеличивается количество электронов, способных совершить работу выхода. Для того, что бы выяснить, как электроны ведут себя в электрическом поле, рассмотрим принцип действия обычного электровакуумного диода.

На рисунке выше изображена схема работы электровакуумного диода. На части «А» рисунка, составлена электрическая цепь состоящая из диода, батареи питания «В», и ключа «К». Ключ «К» разомкнут – следовательно, напряжение на аноде отсутствует «Ua = 0». Если нет напряжения, то ток анода тоже будет равен нулю «Ia = 0». На нить накала подано напряжение «Un» следовательно, катод диода разогрет, и самые активные электроны уже готовы покинуть его. Но своей энергии им для этого не хватает, поэтому они все еще находятся возле катода.

Перейдем ко второй части рисунка. На части «Б» данного рисунка все та же схема, но ключ «К» на ней замкнут. Следовательно — на аноде появилось напряжение «Ua = x», поданное с положительного полюса батареи питания «В» через ключ «К». В результате чего, между электродами диода возникло электрическое поле. Под действием силы этого поля электроны начали покидать катод и устремились к аноду. Таким образом, цепь замкнулась и по цепи начал протекать ток анода определенной величины «Ia = y». Из выше изложенного можно сделать вывод, что электрическое поле заставляет электроны двигаться по прямой вдоль, своих силовых линий.

Магнитное поле ни как не действует на не подвижный электрон. Но если электрон, движущийся по прямой траектории под действием электрического поля, попадает в магнитное поле, то последнее влияет на траекторию движения электрона, отклоняя ее вдоль своих силовых линий. Таким образом, электрон двигавшийся по прямой, под действием магнитного поля начинает двигаться по дуге.

Теперь рассмотрим внутренности магнетрона. Отличительной особенностью конструкции магнетрона – является конструкция анода. Анод магнетрона представляет собой толстостенный медный цилиндр с системой резонаторов внутри. В поперечном сечении, вид конструкции анода напоминает колесо телеги со спицами. Каждая «спица» — является резонатором. В центре анода расположен катод с подогревателем. По краям анодного блока находятся два кольцевых магнита, которые образуют магнитную систему, между полюсами которой и располагается анод. Если бы данная магнитная система отсутствовала, то не было бы и магнитного поля и в этом случае, при подаче напряжения накала и анодного напряжения, электроны двигались бы по прямой, от катода — к аноду т. е. вдоль силовых линий электрического поля.

На рисунке сверху изображена очень упрощенная схема работы магнетрона. На ней голубым цветом выделена приблизительная форма траектории движения одного электрона покинувшего катод и стремящегося к аноду. На рисунке видно, что благодаря наличию магнитного поля, траектория движения электрона изменяется таким образом, что покинувший катод электрон достигает анода, далеко не сразу. Из-за такого влияния магнитного поля на движение электрона, в рабочей области образуется своеобразное «электронное облако», которое вращается вокруг катода – внутри анода. Пролетая мимо резонаторов, электроны отдают им часть своей энергии и наводят в них токи высокой частоты которые в свою очередь, создают сильное СВЧ поле в полостях резонаторов. В одну из таких полостей помещена петля связи (на схеме не показана), посредством которой энергия СВЧ поля выводится наружу.

Это очень краткое описание работы магнетрона. Для тех, кто хотел бы познакомиться с принципом его действия поближе, даю ссылки на более подробные описания.

25ноября 2007 г.

Магнетроном называется генераторный, вакуумный, двухэлектродный
прибор СВЧ, в котором движение электронов происходит в скрещенных
электрическом и магнитном полях. Перед тем как ознакомиться с
работой магнетрона, необходимо вспомнить законы взаимодействия
электронов с электрическим и магнитным полями, чем мы в данный
момент и займемся.

Движение электронов в электрическом поле

На рис. 1 показаны три основных случая движения одиночного
электрона в однородном электрическом поле, созданном двумя плоскими
электродами, обозначенными как анод (+) и катод (-).

Рис. 1.
Варианты движения электронов в постоянном
электрическом поле

В первом случае (рис.1 а) электрон влетает
в поле, отрываясь от отрицательно заряженного катода. Для такого
электрона поле будет ускоряющим. Оно действует на электрон с
постоянной силой и заставляет его двигаться с ускорением вдоль
силовых пиний поля. При этом, кинетическая энергия электрона
возрастает. Если он попадает в ускоряющее попе, не имея начальной
скорости, то, достигнув анода, он приобретает скорость, равную:

Где U
— напряжение между анодом и катодом.

Как видим,
скорость электрона не зависит от пройденного расстояния, а
определяется исключительно разностью потенциалов. Как известно,
энергия не возникает из ничего. Приобретенную кинетическую энергию
электрон отбирает у поля. Переместив отрицательный заряд с катода на
анод, электрон снизил заряд обоих электродов и тем самым уменьшил
напряженность поля между ними.

Если электрон влетает в попе со
стороны анода (рис. 1.6), имея некоторую начальную скорость, то поле
будет для него тормозящим. Скорость движения электрона и его
кинетическая энергия в тормозящем попе уменьшаются, так как в данном
случае работа совершается не силами поля, а самим электроном,
который за счет своей энергии преодолевает сопротивление сип поля.
Энергия, теряемая электроном, переходит к полю.

Имея достаточный
запас энергии, электрон может долететь до катода, несмотря на
действие тормозящих сип поля. Но если, не долетев до
противоположного электрода, электрон израсходует свою кинетическую
энергию, его скорость окажется равной нулю, а затем электрон будет
двигаться в обратном направлении. При этом поле возвращает ему ту
энергию, которую он потерял при своем замедленном движении.

Теперь
рассмотрим случай, когда электрон влетает в электрическое поле, имея
начальную скорость, направленную под углом к силовым пиниям поля
(рис. 1 в). Помимо изменения величины скорости электрона, будет
изменяться и направление его движения, так что траектория движения
электрона становится криволинейной. Электрон под действием сил поля
отклоняется в сторону положительного потенциала.

Обычно для
упрощения считают, что ток во внешней цепи вакуумного электронного
прибора возникает в момент попадания электронов на анод. В
действительности ток протекает и в процессе движения электронов от
катода к аноду. Чтобы это уяснить, вспомним явление
электростатической индукции.

Пусть имеется электрически
нейтральный проводник (рис. 2 а), к одному концу которого
приближается отрицательный электрический заряд е. Тогда электроны,
имеющиеся в проводнике, отталкиваясь зарядом е, сместятся в сторону
удаленного конца и там образуется отрицательный заряд. На ближнем к
заряду е конце получится недостаток электронов, т. е. положительный
заряд.

Рис. 2.

Процесс перераспределения зарядов есть не что иное, как
электрический ток, поэтому на основании нашего мысленного
эксперимента можно сделать обобщающий вывод: если отрицательный
электрический заряд приближается к проводнику или удаляется от него,
то в этом проводнике возникает ток, по направлению совпадающий с
направлением движения заряда. В электронных приборах функцию
индуктирующего заряда выполняют электроны, движущиеся от катода к
аноду, а возникающий при этом ток во внешней цепи называется
наведенным.

В электронике СВЧ наведенные токи очень широко
используются для возбуждения колебаний в резонаторах, которые
являются составной частью большинства СВЧ приборов. В качестве
примера рассмотрим электрическую схему на рис. 2 б. Здесь в области
между анодом и катодом помещены обкладки конденсатора с отверстием в
центре, так чтобы электроны могли беспрепятственно проходить сквозь
него. Во внешней цепи обкладки замкнуты на катушку индуктивности,
образуя колебательный контур.

Предположим, электроны вылетают с катода поочередно по одному.
Тогда первый электрон, пролетающий мимо обкладок конденсатора,
вызовет во внешней цепи наведенный ток и в контуре возникнут
электрические колебания. Помимо постоянной составляющей
электрического поля, между обкладками появится переменная
составляющая. Если после этого выпустить еще один электрон, то в
интересующей нас области он либо получит дополнительное ускорение,
когда переменное поле будет совпадать по направлению с постоянным,
либо наоборот — замедлится в случае противоположной ориентации
полей.

В последнем случае электрон отдаст часть своей энергии контуру,
увеличив амплитуду его колебаний. Выпуская электроны таким образом,
чтобы они каждый раз попадали в тормозящее электрическое поле
контура, мы можем возбудить в нем колебания любой амплитуды, которую
только обеспечивает его добротность.

Если же электроны будут
влетать в пространство между обкладками в тот момент, когда там
ускоряющее поле, то второй электрон погасит колебания, возбужденные
первым, и дальше все будет происходить в том же духе: один электрон
будет совершать работу, другой — ее уничтожать. Почти как в жизни:
один человек, обливаясь потом и проклиная всеобщую грамотность,
очищает лифт от надписей, второй с не меньшим упорством их
восстанавливает. Оба трудятся, но, работая в противофазе,
национальное богатство страны не увеличивают.

Движение электронов
в магнитном поле

Движущийся электрон представляет собой элементарный ток и поэтому
испытывает со стороны магнитного поля такое же действие, как и
проводник с током. Из электротехники известно, что на прямолинейный
проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует
механическая сила, направленная под прямым углом к магнитным силовым
линиям и к проводнику. Эта сила пропорциональна напряженности поля,
величине тока и длине проводника, а также зависит от угла между
проводником и направлением поля. Она будет наибольшей, если
проводник расположен перпендикулярно силовым линиям; если же
проводник расположен вдоль линий поля, то сила равна нулю.

Когда
электрон в магнитном поле неподвижен или движется вдоль его силовых
линий, то на него магнитное поле вообще не действует. На рис. 3
показано, что происходит с электроном, который влетает с начальной
скоростью Vо в равномерное магнитное поле, перпендикулярно его
силовым линиям. Под действием сил со стороны магнитного поля его
траектория искривляется, он начинает двигаться по дуге окружности.
При этом его скорость и кинетическая энергия не изменяются. Радиус
окружности, по которой движется электрон, определяется по формуле:

где m
и e
— масса и заряд электрона, Vо — скорость
электрона, H — напряженность магнитного поля.

Рис. 3.
Воздействие постоянного магнитного поля на
движущийся электрон

Конструкция магнетрона

Устройство магнетрона показано на рис. 4.

Рис. 4
Конструкция магнетрона микроволновой печи.

Он представляет собой вакуумный диод, анод которого выполнен в виде
медного цилиндра, на внутренней стороне которого расположено четное
число резонаторов. В магнетронах для микроволновых печей их, как
правило, десять. Форма резонаторов может быть различной, но при этом
они должны обладать следующими качествами:

1. Электрическое поле преимущественно сосредоточено в зазоре
   резонатора.
2. Все резонаторы сильно связаны между собой.
3. Высокая добротность.

В дальнейшем для простоты мы будем рассматривать только одну
конструкцию магнетрона, которая типична для микроволновых печей.
Резонаторы в этом случае представляют собой секторы цилиндра. По
сравнению с другими конструкциями эта более технологична и более
экономична.

Четные и нечетные перегородки между резонаторами
соединены между собой связками, назначение которых мы выясним
позже. Катод представляет собой спираль из вольфрама,
поверхность которого имеет шероховатость для увеличения эмиссии.
Выводы катода через металлокерамический переход и
высокочастотный фильтр подключаются к внешнему разъему.
Промежуток между анодом и катодом, называемый пространством
взаимодействия, с торцов ограничен металлическими пластинами,
препятствующими выходу электронов и СВЧ поля из этого
пространства. Для отбора энергии вблизи одного из резонаторов
подключена магнитная петля связи, которая через отрезок
коаксиального волновода соединена с излучателем. Магнитное поле
в пространстве взаимодействия создается двумя кольцевыми
постоянными магнитами и магнитопроводом, в качестве которого
служат корпус и фланец.

Принцип действия магнетрона

Рассмотрим вначале движение электронов в магнетроне,
предполагая, что колебаний в резонаторах нет. Для упрощения
изобразим анод без резонаторов (рис. 5), как будто их
забылисделать.

Рис. 5.
Движение электронов в пространстве
взаимодействия при различной индукции магнитного, поля

Под влиянием ускоряющего электрического поля электроны стремятся
лететь вдоль его силовых линий, т.е. по радиусам от катода к
аноду. Но как только они набирают некоторую скорость, постоянное
магнитное поле начинает искривлять их траектории. Так как
скорость электронов постепенно нарастает, то радиус этого
искривления постепенно увеличивается. Поэтому траектория
электронов представляет собой не дугу окружности, а более
сложную кривую — циклоиду.

На рисунке показаны траектории электронов, вылетевших с
катода с ничтожно малой начальной скоростью при разной
напряженности магнитного поля Н. Анодное напряжение во всех
случаях одно и то же. Если магнитное поле отсутствует, то
электрон летит строго по радиусу (траектория 1 на рисунке). При
напряженности поля, меньшей некоторого критического значения Н кр,
электрон попадает на анод по криволинейной траектории 2.
Критическая напряженность поля соответствует более искривленной
траектории 3. В этом случае электрон пролетает у самой
поверхности анода, почти касаясь ее, и возвращается на катод.
Наконец, если поле выше критического, то электрон еще более
круто поворачивает обратно (кривая 4).

Магнетроны работают при
напряженности поля, несколько большей критической. Поэтому
электроны при отсутствии колебаний пролетают близко к
поверхности анода на различных расстояниях от него в зависимости
от начальной скорости. Поскольку одновременно движется очень
большое количество электронов, можно считать, что в пространстве
взаимодействия вращается электронное облако в виде кольца (рис.
6).

Рис. 6.
Вращающееся электронное облако в пространстве
взаимодействия

Скорость вращения электронного
облака зависит от приложенного напряжения и поэтому может
регулироваться. Чтобы при ее увеличении электроны не попадали на
анод, одновременно необходимо увеличивать и напряженность
магнитного поля.

Теперь вернем на место наши резонаторы. Все
они сильно связаны между собой, так как магнитное поле каждого
из них замыкается, проходя через смежные резонаторы (рис. 7).

Рис. 7.
Связь между резонаторами магнетрона с помощью
магнитного поля

Переменное электрическое попе в
магнетронных резонаторах сосредоточено в области щели, причем
значительная его часть проникает в область взаимодействия, что
имеет принципиальное значение в работе магнетрона. Движение
электронного облака в пространстве взаимодействия будет наводить
токи в резонаторах.

Однако в начальный момент увеличение амплитуды колебаний
будет сдерживаться тем, что движение электронов не
синхронизировано, и в то время, как одни электроны будут
возбуждать колебания, отдавая им часть своей кинетической
энергии, другие будут эти колебания гасить. Кроме того, если
сдвиг фаз в соседних резонаторах не синхронизирован со скоростью
электронов, то один и тот же электрон, отдавая энергию одному
резонатору, будет ее тут же отбирать у другого.

Обычно для нормальной работы магнетрона требуется, чтобы фазы
соседних резонаторов были смещены на 180°, т.е. на
π
радиан. Поэтому
такой вид колебаний называется
π
— видом. Чтобы
способствовать возбуждению этого вида и препятствовать
возбуждению остальных, в магнетроне используются металлические
связки, которые электрически соединяют между собой четные и
нечетные резонаторы.

Предположим, что в какой-то момент
времени в резонаторах случайным образом возникли колебания
нужного нам вида (рис. 8). Попытаемся доказать, что при
правильно заданных режимах магнетрона эти колебания будут
усиливаться за счет автоматической группировки электронов.

Ер
— радиальная составляющая СВЧ поля
Ек
— касательная составляющая СВЧ поля
Еа
— поле, созданное анодным напряжением

Рис. 8
Распределение силовых линий переменного электрического
поля в пространстве взаимодействия

В любой точке
пространства взаимодействия мы можем рассматривать СВЧ поле как
сумму двух составляющих: радиальной — направленной по радиусу от
центра магнетрона, и перпендикулярной ей касательной
составляющей. Рассматривая рис. 8, можно заметить следующую
характерную особенность: во всем пространстве, находящемся под
отрицательным сегментом, радиальная составляющая поля направлена
к катоду, а во всем пространстве под положительным сегментом она
направлена к аноду (поле считаем направленным в ту сторону, куда
движется электрон под действием этого поля). Границами,
разделяющими эти пространства, являются плоскости, проходящие
через ось магнетрона и середины щелей.

Обозначим одну из таких плоскостей буквами АА. Слева от этой
плоскости радиальная составляющая будет ускорять электроны,
поскольку она совпадает по знаку с постоянным анодным
напряжением. Так как под влиянием магнитного поля направление
скорости изменяется, то через некоторое время увеличение
скорости в радиальном направлении превращается в увеличение
скорости по направлению к плоскости АА.

Поэтому электроны,
находящиеся под положительным сегментом, догоняют электроны,
находящиеся в плоскости АА. Электроны, находящиеся под
отрицательным полюсом, тормозятся радиальной составляющей СВЧ
поля, поэтому их скорость в направлении движения электронного
облака снижается. В результате образуются области электронных
скоплений, по форме напоминающие спицы колеса, как это показано
на рис. 9. Эти спицы вращаются с такой скоростью, чтобы за
половину периода проходить расстояние от одной резонаторной щели
до другой.

Рис. 9.
Форма вращающегося электронного облака в
работающем магнетроне

В этом случае электроны, находящиеся в спицах, пролетая над
щелями резонаторов, могут постоянно попадать в тормозящее поле
касательной составляющей и отдавать ему энергию, накопленную во
время движения по радиальной составляющей. Таким образом,
основная роль касательной составляющей СВЧ поля заключается в
преобразовании кинетической энергии электронов в энергию
колебаний, а основная роль радиальной составляющей заключается в
преобразовании равномерного электронного облака в колесо от
телеги.

Рассмотрим более подробно движение отдельного
электрона в двух случаях: когда он находится в спице и когда он
вне ее. Как уже отмечалось, при отсутствии СВЧ поля электрон,
вылетевший с катода со скоростью, равной нулю, совершит круг
почета вблизи анода и вновь вернется на катод. Причем скорость в
конце пути будет той же, что и в начале, т.е. в нашем случае
нулевой.

При наличии СВЧ поля возможны два случая:

1.

Допустим, электрон находится в области спицы. Тогда, вылетев с
катода, он будет разгоняться анодным напряжением и за счет
магнитного поля постепенно изменять направление движения. Влетев
в тормозящее СВЧ поле, он отдаст ему часть своей кинетической
энергии, и его скорость снизится. В результате ему не хватит
оставшейся энергии, чтобы долететь обратно до катода. В какой-то
момент он остановится, а затем вновь начнет движение к аноду под
воздействием анодного напряжения. Все предыдущие процессы
повторятся, за исключением того, что точкой начала движения
будет не катод. В этом же духе будут происходить и последующие
циклы, пока в конце концов электрон не доберется до анода. Таким
образом, электрон на пути к аноду проходит по сложной траектории
(рис. 10) несколько раз, отдавая свою энергию СВЧ полю.

Рис. 10
Траектория электрона, находящегося в «спице»,
при движении от катода к аноду

2.

Возможен, однако, и другой случай. Если при прочих равных
условиях электрон вылетел с катода в момент, когда он находился
между спицами, то он попадет в ускоряющее СВЧ поле, и поэтому
ему после правого разворота в магнитном поле вполне хватит
энергии врезаться в катод. Избыток кинетической энергии
выделится в виде тепла, приводя к дополнительному разогреву
катода.

Характеристики магнетронов

Основными параметрами магнетронов являются: рабочая частота,
выходная мощность, ко-
эффициент полезного действия (КПД), рабочие токи и напряжения.
Частота магнетронов для микроволновых печей составляет 2450 МГц.
Отклонение от этой частоты в ту или иную сторону может быть
вызвано изменением анодного напряжения или параметрами нагрузки.
Величина смещения частоты составляет несколько мегагерц.
Мощность магнетронов лежит в пределах от 500 Вт, до 1 кВт, а КПД
составляет от 50% у электронных динозавров до 85% в наиболее
удачных конструкциях. Анодный ток магнетронов для микроволновых
печей обычно составляет 250 — 300 мА.

В практике эксплуатации магнетронов широко пользуются
графическими рабочими характеристиками, позволяющими в
зависимости от конкретных условий установить требуемые значения
мощности и КПД. Типичные рабочие характеристики приведены на
рис. 11. По вертикальной координатной оси отложены значения
анодного напряжения, по горизонтальной оси — значения анодного
тока.

Рис. 11

Для выражения взаимной зависимости нескольких параметров
магнетрона на рабочие характеристики наносят ряд кривых, вдоль
которых одна из представляемых величин остается неизменной. Эти
кривые называются соответственно линиями постоянной мощности,
КПД и магнитной индукции. На рисунке линии постоянной индукции
сплошные, линии постоянного КПД — пунктирные.

Если изменять
напряжение на магнетроне от значения U 1 до U 2 ,
оставляя неизменной магнитную индукцию ВЗ, то рабочая точка,
определяющая режим работы магнетрона, будет перемещаться вдоль
линии постоянной индукции. Вследствие слабого наклона линий
постоянной индукции при этом будет наблюдаться сильное изменение
тока, протекающего через магнетрон (от I 1 до I 2).

Из характеристик видно, что в пределах одной линии постоянной
индукции ток изменяется практически от нуля до своего
максимального значения при относительно небольшом изменении
анодного напряжения. Поэтому на практике режим работы магнетрона
удобнее контролировать не по напряжению на магнетроне, а по
анодному току.

В областях очень малых и очень больших токов
магнетрон работает неустойчиво: в области малых токов
наблюдается низкая стабильность частоты магнетрона, а в области
больших токов возможно появление «искрения» — кратковременных
электрических пробоев внутри магнетрона, приводящих к быстрому
разрушению катода.

КПД магнетрона возрастает при одновременном
увеличении анодного напряжения и магнитной индукции, если при
этом не нарушаются условия синхронизма. КПД магнетрона напрямую
зависит от потерь, которые происходят двумя путями. Часть
мощности теряется потому, что некоторые электроны прибывают на
анодный блок магнетрона с большими скоростями и тратят свою
энергию на его нагрев. Вследствие этого магнетрон разогревается
до высокой температуры и необходимо принимать специальные меры
для его охлаждения. Другая часть мощности теряется в резонаторах
магнетрона, так как в них возникают СВЧ токи большой силы. Для
снижения этих потерь необходимо повышать добротность
резонаторов. Существуют и некоторые другие виды потерь, но их
удельный вес невелик.

Удачи в
ремонте!

Всего хорошего, пишите
to © 2007

Разогрев пищи в микроволновке осуществляется излучением, частота которого равна 2450 МГц, создаваемым магнетроном. Если после включения печи тарелка крутится, свет в камере горит, вентилятор работает, а еда остаётся холодной или греется неприлично долго — значит что-то не в порядке с этой лампой. Если знать, как проверить магнетрон в микроволновке, то можно обойтись без похода в мастерскую. Тем более что неисправной может оказаться какая-либо вспомогательная деталь в схеме магнетрона.

На что способна микроволновка. Что такое магнетрон и Свч-энергия магнетрона? Магнетрон — это цэлектровакуумная лампа, выполняющая функции диода и состоящая из нескольких частей:

1. Цилиндрического медного анода, поделённого на 10 частей.
2. В центре размещён катод со встроенной нитью накала. Его задачей является создание потока электронов.
3. По торцам размещаются кольцевые магниты, необходимые для создания магнитного поля, за счёт которого создаётся свч излучение.
4. Излучение улавливается проволочной петлёй, соединённой с катодом и выводится из магнетрона с помощью излучающей антенны, направляясь по волноводу в камеру.

Во время работы магнетрон сильно греется, поэтому его корпус оснащается пластинчатым радиатором, обдуваемым вентилятором. Для защиты от перегрева в схему питания включен термопредохранитель.

Как устроен магнетрон, схема.

Нарушение работоспособности магнетрона может возникнуть по следующим причинам:

• Прогорел защитный колпачок и поэтому при работе искрит. Заменяется на любой целый, так как они одинаковы для всех магнетронов.
• Перегорание нити накала.
• Разгерметизация магнетрона вследствие перегрева.
• Пробой высоковольтного диода.
• Сгорел высоковольтный предохранитель.
• Нет контакта в термопредохранителе.
• Пробит высоковольтный конденсатор.

При всех неисправностях, кроме разгерметизации, возможен ремонт своими руками.

Измерение сопротивления омметром.

Определение неисправности

Чтобы узнать, почему не работает печь, нужно отключить её от розетки и снять крышку.

1. Внимательно осматривается внутренность на предмет оплавления, обгорания, отпаявшихся проводов. Состояние высоковольтного предохранителя видно невооружённым взглядом. Предохранитель с оборванной нитью меняется на целый и если при опробовании печи опять перегорает, то поиск продолжается.
2. Для дальнейшей диагностики потребуется мультиметр или тестер. Проверка начинается с печатной платы, на которой собрана схема питания магнетрона, состоящая из резисторов, диодов, конденсаторов, варисторов. Детали можно прозванивать по месту, без выпаивания.
3. После чего тестером проверяют термопредохранитель. При нормальных контактах сопротивление равно нулю.
4. Проверка высоковольтного конденсатора мультиметром возможна только на пробой. Если прибор покажет короткое замыкание — деталь заменяется. Так как некоторые типы конденсаторов имеют встроенные резисторы для разрядки, исправная ёмкость покажет сопротивление в 1 МОм, вместо бесконечности.
5. Для проверки высоковольтного диода тестер не годится, поскольку у него мал диапазон измерения сопротивления. Чтобы правильно оценить состояние диода потребуется мегомметр со шкалой до 200 МОм. Но вряд ли он найдётся в домашней мастерской. Поэтому применяется метод диагностики с использованием двухпроводной домашней электросети с обязательным соблюдением правил безопасности. Один вывод диода подключается к сетевому проводу. Между вторым и другим проводником сети включается мультиметр для измерения постоянного напряжения в диапазоне до 250 В. Если диод цел, прибор покажет наличие выпрямленного напряжения. При пробое или обрыве стрелка останется на нуле. Для замены подойдёт любой высоковольтный диод с рабочим напряжением 5 кВ и током 0,7 А.
6. Проверка магнетрона начинается с прозвонки накальной нити. Для этого измеряется сопротивление между его клеммами, которое у исправного накала составляет несколько Ом. Если тестер показывает бесконечность, это ещё не значит, что нить перегорела. Для полной уверенности проверяется, после снятия крышки, целостность соединений дросселей с клеммами магнетрона.
   Некоторые умельцы рекомендуют удалять дросселя. Делать это ни в коем случае нельзя, так как нарушается режим работы трансформатора, из-за чего возможно возгорание.
   
   После измерения сопротивления между выводами и корпусом можно судить о состоянии проходных конденсаторов. При бесконечности — всё нормально, при нуле — пробиты, а при наличии сопротивления — с утечкой тока. Неисправные конденсаторы откусываются кусачками и на их место припаиваются новые с ёмкостью не менее 2000 пФ.
7. Если все элементы целы, но магнетронного излучения недостаточно для полноценного разогрева еды, значит, катод потерял эмиссию. Данная неисправность устраняется только заменой. При замене конденсаторов нельзя пользоваться обычным припоем, требуются тугоплавкие марки или компактный аппарат для контактной сварки.

На видео рассказ для чайников, как проверить магнетрон, всё очень доходчиво:

Замена магнетрона

Поскольку ремонт магнетрона не производится даже в хорошо оснащённых мастерских, придётся приобретать новый. Прежде чем извлечь магнетрон из микроволновки, необходимо пометить контакты разъёма, чтобы не перепутать их местами при установке новой детали. Если выводы подключить неправильно — магнетрон не будет работать.

Замену можно сделать самостоятельно, если хоть раз применял отвёртку по назначению и прозвонил пару диодов. Для этого не требуется специальных навыков и знания, как работает магнетрон. В случае невозможности найти определённый магнетрон для микроволновки, придётся применить подходящий аналог.

Его мощность должна быть равной или большей, чем у оригинала, а крепление и расположение разъёма совпадать. Устройство магнетрона у производителей одинаково, а конструкция может отличаться, поэтому нужно проследить, чтобы прилегание аналога к волноводу было плотным. Если теплопроводящая паста на термопредохранителе окажется засохшей — её заменяют свежей.

При покупке нового магнетрона необходимо, чтобы совпадала мощность, соответствовали контакты и отверстия для крепления. Если хотя бы одно из условий не совпадает — вы приобрели не годную вам деталь.

• Если в микроволновке при включении что-то трещит и искрит — нужно перестать пользоваться печью и выяснить причину. Устранение неисправности обойдётся дешевле покупки новой детали. В данном случае виновником обычно оказывается прогорание колпачка, из-за этого СВЧ-печь искрит.
• Необходимо постоянно следить за состоянием слюдяной накладки, защищающей выход волновода в камеру от попадания жира и крошек пищи. Если колпачок неисправен — слюда может оказаться прогоревшей, что приводит к выходу их строя магнетрона. Накладку следует держать в чистоте, так как попавший на неё жир обугливается под воздействием температуры и приобретает электропроводность. Взаимодействуя с излучением, он становится причиной искрения в камере.
• При нестабильном напряжении, микроволновку лучше подключить через стабилизатор, так как даже незначительное падение негативно влияет на работу печи. Падает мощность, и ускоряется износ катода магнетрона. Например, при напряжении в сети 200 В мощность уменьшается вдвое.
• У микроволновки много применений, поэтому в случае её неисправности нарушается привычный порядок вещей. Причиной поломки необязательно является магнетрон или схема его питания. Сначала следует проверить величину напряжения в месте подключения печи к сети и состояние слюдяной пластины.

Основы радиолокации — Магнетрон

Магнетрон

В дециметровом и сантиметровом диапазонах волн эффективным генераторным прибором является многорезонаторный
магнетрон.

Магнетрон это прибор для генерации электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ), основанный на взаимодействии электронов,
движущихся в магнитном поле по криволинейным траекториям с возбуждаемым электромагнитным полем.

Устройство магнетронов

Типичный многорезонаторный магнетрон представляет собой устройство (рис. 2),
в центре которого вдоль оси расположен цилиндрический катод с подогревателем,
окруженный многорезонаторной системой, выполненной в медном анодном блоке.
Магнитная индукция направлена вдоль оси магнетрона.
Анодное напряжение U_a между анодом и катодом создает электрическое поле, перпендикулярное магнитному.

Рисунок 3: Простейшая эквивалентная схема резонаторa

Рисунок 3: Простейшая эквивалентная схема резонаторa

Рисунок 3: Простейшая эквивалентная схема резонаторa

подогревательных
проводов

резонатор

катод

пространство
взаимодействия

резонатор

анодный блок

петля
свяэи

коаксиальная линия

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

подогревательных
проводов

резонатор

катод

пространство
взаимодействия

резонатор

анодный блок

петля свяэи

коаксиальная линия

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

подогревательных
проводов

резонатор

катод

пространство
взаимодействия

резонатор

анодный блок

петля свяэи

коаксиальная линия

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

Пространство между катодом и анодным блоком называется пространством вэаимодействия.
В этом пространстве электроны взаимодействуют с СВЧ полем резонаторной системы.
Управление електронами в магнетроне осущесвляется путем воэдействия на електронны поток постояииых електрического и магнитое полей.
Эти полея действуют в плокостях, перпендикулярных друг другу (срещенные поля).
Электрическое поле направлено радиально от анодного блока к катоду.
Магнитное поле, равномерное в пространстве взаимодействия, направлено вдоль катода.

Рисунок 4: Наиболее распространенные типы магнетронных резонаторов

Рисунок 4: Наиболее распространенные типы магнетронных резонаторов

Рисунок 4: Наиболее распространенные типы магнетронных резонаторов

Распространенные типы магнетронных резонаторов:

1. резонаторы типа «щель – отверстие»
2. лопаточные (секторные) резонаторы
3. резонаторы с разными размерами
4. цилиндрические резонаторы

Рисунок 5: Эпитрохоидальные траектории электронов в цилиндрическом магнетроне.

Рисунок 5: Эпитрохоидальные траектории электронов в цилиндрическом магнетроне.

Рисунок 5: Эпитрохоидальные траектории электронов в цилиндрическом магнетроне.

В статическом режиме, без влияния резонаторами u когда отсутствуют высокочастотные колебания,
электрическое поле ускоряет электрон в радиальном направлении от катода к аноду.
Магнитное поле отклоняет электрон со стороны, так, что они занимают круговые дорожки.
Линейная скорость центра катящегося круга определяется отношением напряженности электрического поля к магнитной индукции.

Рисунок 6: Распределение электрического поля СВЧ u траектории электронов

Рисунок 6: Распределение электрического поля СВЧ u траектории электронов

Рисунок 6: Распределение электрического поля СВЧ u траектории электронов

В управлении електронным потоком участвует также высокочастотное поле реэонаторов.
Электромагнитные поля резонаторов связаны между собой через пространство взаимодействия и торцовые полости.
Движущиеся електроны, приобретая кинетическую енергию от импульсного модулятора,
взаимодействует с высокочастотным електрическим полем резонаторов и пополняют энергию поля.

Для поддержания рабочего вида колебаний в рассматриваемом магнетроне использованы связки.

Рисунок 7: Вращающийся електронный поток генерирующего магнетрона

Рисунок 7: Вращающийся електронный поток генерирующего магнетрона

Рисунок 7: Вращающийся електронный поток генерирующего магнетрона

Электронный поток в генерирующем магнетроне имеет «спицеобразный» вид (рис. 7) и вращается в пространстве взаимодействия.

Вывод энергии — коаксиальный и осуществляется с помощью петли, включенной в один из резонаторов.
В пространстве взаимодействия магнетрона протекают эмиссионные и вторично-эмиссионные процессы,
происходит формирование электронных сгустков и осуществляется передача энергии высокочастотному полю.

Принцип работы магнетронов | Т-Холдинг

Электроны эмиттируются из катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Если бы не было поля электромагнитной волны, электроны бы двигались в скрещённых электрическом и магнитном полях по сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по наружной поверхности окружности большего диаметра, в конкретном случае — по наружной поверхности катода).

При достаточно высоком магнитном поле (параллельном оси магнетрона) электрон, движущийся по этой кривой, не может достичь анода (по причине действия на него со стороны этого магнитного поля силы Лоренца), при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода. В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также статистических эффектов (дробовой шум) в этом электронном облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются резонаторами. Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод-катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне. Однако, если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой.

Если средняя скорость вращения электрона вокруг катода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может находиться непрерывно в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с ВЧ-полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.

Как работает магнетрон. Как проверить магнетрон микроволновой печи. Принцип работы микроволновой печи и устройство магнетрона. Какие проблемы могут возникнуть

Магнетрон — э
то генераторный электровакуумный СВЧ прибор, в котором формирование электронного потока и его взаимодействие с СВЧ полем происходит в пространстве, где постоянные электрическое и магнитное поля взаимно перпендикулярны. Магнетрон преобразует энергию источника питания в энергию СВЧ колебаний.

Простейший магнетрон (см.рис.27) – это диод цилиндрической конструкции с внешним анодом 1 и соосно расположенным внутри него катодом 2. В толстостенном медном цилиндре анода равномерно размещены полые резонаторы 3, соединенные с промежутком катод–анод 4, называемым пространством взаимодействия. Резонаторы и пространство взаимодействия образуют кольцевую резонаторную систему (РС).

Рис.27. Конструкция магнетрона.

1–анод, 2–катод, 3–резонаторы, 4–пространство взаимодействия, 5–вывод энергии СВЧ.

Резонаторная система принимает поток электронов, движущихся от катода к аноду, и одновременно отводит тепло. В резонаторной системе есть несколько частот, при которых на длине резонатора укладывается целое число стоячих волн от 1 до n/2 (n-число резонаторов). На определенной резонансной частоте и возникают СВЧ колебания.

В резонаторе на электроны, двигающиеся от катода к аноду, действуют три поля: постоянное электрическое, сообщающее кинетическую энергию электронам, постоянное магнитное поле, изменяющее траекторию их движения, и СВЧ поле, возникающее в резонаторах и проникающее через щели в промежуток катод-анод. При этом часть электронов, которые замедляются полем, отдают энергию, поддерживая колебания в резонаторе. В магнетроне процессы формирования, управления и преобразования энергии электронного потока происходят в одном пространстве взаимодействия, что осложняет анализ работы этого устройства.

На рис.28 приведена структура ВЧ электрического поля в пространстве взаимодействия вблизи одиночного резонатора (а) и по кругу всего анодного блока. Вектор напряженности поля можно разложить на радиальную и тангенциальную составляющие. При этом в пространстве взаимодействия возникает стоячая волна на определенной частоте, а резонаторный блок представляет собой замедляющую систему.

Если средняя составляющая скорости электрона равна фазовой скорости СВЧ волны вдоль резонансной системы (условие синхронизма), то СВЧ поле группирует электроны, замедляя их и отбирая энергию, полученную от статического электрического поля. Траектория движения электрона в пространстве взаимодействия приведена на рис. 29.

Три электрона (А, Б и В) находятся в разных точках тормозящего ВЧ поля в пространстве взаимодействия и имеют различные скорости. Электрон А будет ускоряться радиальной составляющей ВЧ поля, а электрон В – замедляться. В результате оба они с разных сторон будут приближаться к электрону Б, находящемуся в плоскости, где радиальная составляющая электрического поля равна нулю. Таким образом происходит группировка электронов по скорости, а отбор энергии электронного пучка осуществляется тангенциальной составляющей поля, что приводит к образованию в магнетроне электронных пучков, двигающихся от катода к аноду. Число таких пучков в два раза меньше числа резонаторов. На рис. 30 показана огибающая этих пучков в фиксированный момент времени (траектории конкретных электронов показаны сплошными линиями).

Весь пространственный заряд электронных пучков вращается вокруг катода синхронно с изменением ВЧ электрического поля. В моменты времени, когда электронные пучки подходят к щелям резонаторов, поле в них оказывается тормозящим, отбирающим энергию у электронов. В результате потенциальная энергия электронного потока, получаемая им от источника постоянного анодного напряжения, преобразуется в энергию электромагнитных колебаний, генерируемых магнетроном.

В зависимости от режима работы различают магнетроны импульсного и непрерывного действия. К.п.д. магнетронов достигает 95%, рабочая частота от 0,5 до 100 ГГц, длительность импульсов колебаний 0,02-100 мкс, мощность прибора от нескольких Вт до десятков МВт.

Различные варианты конструкции магнетронов и резонаторных систем приведены на рис.31-32.

Рис.31 Резонаторные системы магнетрона.

Рис.32 Конструкции магнетронов

К сожалению, у всякой техники есть свой срок службы, и микроволновые печи не являются исключением. Порой мы сталкиваемся с тем, что на разогрев блюда начинает уходить больше времени, чем обычно. А порой устройство внешне работает исправно, но еда так и остается холодной. Часто причиной такого поведения микроволновки, является неисправный магнетрон. Где же находится эта деталь и как ее проверить?

Микроволновки могут сильно различаться между собой, но есть одна деталь, без которой не сможет работать ни одна существующая модель, будь то Самсунг, Филипс или другая известная марка.

Именно от качественного магнетрона и зависит вся .

Из чего же состоит эта деталь?

1. Для излучения волн прибор оснащен специальной антенной.
2. Для изоляции антенны от рабочей поверхности используется специальный цилиндр, изготовленный из качественного металла.
3. За распределение магнитных полей отвечает особый магнитопровод.
4. А вот за распределение потоков отвечают магниты.
5. Для того чтобы деталь не перегревалась, важной комплектующей для нее является радиатор.
6. Чтобы излучения микроволновой печи не приносили вреда, магнетрон оснащен специальными фильтрами.

Такая конструкция как магнетрон, понятна только профессионалам. Ремонтировать ее самостоятельно – процесс трудоемкий и неблагодарный. Если вы уверены в том, что проблема именно в нем, лучше обратиться к специалисту.

Какие проблемы могут возникнуть

Изучив устройство магнетрона, становится понятно, что из строя выходит не вся деталь. Возможно, не работает какая-то из его частей, что и необходимо установить. Существует несколько распространенных причин поломки. Как проверить магнетрон и узнать, где именно кроется неисправность?

1. Одной из важных составляющих магнетрона является специальный колпачок, который сохраняет вакуумность трубы. Если проблема в нем, то заменить его не составит труда.
2. Если деталь перегревается, то значит, из строя вышел радиатор.
3. Из-за перегрева может произойти обрыв нити накаливания. Для диагностики этой неисправности потребуется специальный тестер. В рабочем состоянии нить показывает напряжение 5-7 Ом. Если она вышла из строя, то напряжение упадет до 2-3 Ом, если же произошел обрыв, то прибор покажет бесконечность.
4. Поломка фильтра проверяется тестером. Если деталь исправна, прибор покажет бесконечность, в случае поломки – вы увидите численное сопротивление.

Существуют поломки, которые вы не сможете диагностировать самостоятельно. Для этого необходимо обладать не только знаниями, но и специальным оборудованием.

Как проверить магнетрон

Цена замены этой детали настолько высока, что многие предпочитают приобрести новую микроволновку, а не ремонтировать старую. Прежде чем отправить испортившийся прибор на помойку, необходимо убедиться в том, что проблема именно в этой дорогостоящей детали. Для этого необходимо проделать определенные манипуляции:

1. Первое, что вы должны сделать, чтобы проверить магнетрон – это отключить питание в микроволновке, выключив устройство из сети.
2. Осмотрите внутренние стенки микроволновой печи. В случае неисправности магнетрона, вы обнаружите оплавленные участки, потемневшие или сгоревшие стены.
3. Если внешних признаков нет, необходимо произвести диагностику тестером.
4. Проверьте, исправен ли предохранитель.

Основными признаками того, что магнетрон вышел из строя, являются странные звуки, дым или .
После таких внешних проявлений микроволновка перестает корректно работать.

Устанавливаем новую деталь

Если у вас дорогостоящая модель СВЧ, то разумней все же заменить поломавшуюся деталь, а не покупать новую печку. Конечно, лучше всего обратиться в сервисный центр, но можно попробовать произвести замену самостоятельно.

Покупая новый магнетрон, обратите внимание на то, чтобы совпадала мощность, соответствовали контакты и отверстия для крепления. В противном случае вы рискуете приобрести бесполезную деталь.

Подсоединить новый магнетрон не составляет труда, так как он имеет всего два основных контакта
. Подробная информация обо всех обозначениях есть на схеме, главное, проверить соответствие следующих частей устройства:

1. Антенна должна соответствовать диаметру заводской.
2. Следите за плотным прилеганием нового устройства к волноводу.
3. Длина неисправной антенны должна соответствовать новой.

Лучше всего, выкрутить старую деталь и отправиться в сервис с ней, чтобы специалисты подобрали вам нужную.

Заключение

Микроволновка – незаменимая помощница на любой кухне. С ее помощью можно и быстро подогреть еду, и приготовить вкусное блюдо. Поломка этого технического чуда вызывает некоторый ступор и парализует привычный ритм жизни. Многие из можно решить самостоятельно, но если из строя вышел магнетрон, обратитесь к специалисту. Производить ремонт самостоятельно опасно не только для техники, но и для вас.

Микроволновые печи (СВЧ-печи) уже давно стали самым обыденным бытовым прибором, с помощью которого можно очень быстро разморозить продукты, разогреть уже приготовленную пищу или приготовить блюдо по оригинальному рецепту, и даже продезинфицировать кухонные моющие губки и тряпочки, не содержащие металла.

Наличие удобного, интуитивно понятного интерфейса, а также многоуровневой защиты позволяют даже ребенку справиться с управлением такого сложного и высокотехнологичного устройства, как микроволновка. Некоторые блюда можно легко и быстро приготовить по встроенным программам. А возможные неисправности вполне можно устранить, сделав.

Разогрев продуктов, помещенных в камеру микроволновки, происходит за счет воздействия на них мощного электромагнитного излучения дециметрового диапазона. В бытовых приборах применяют частоту 2450 МГц. Радиоволны такой высокой частоты проникают вглубь продуктов, и воздействую на полярные молекулы (в продуктах в основном это вода), заставляя их постоянно сдвигаться и выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля.

Такое движение повышает температуру продуктов, и нагрев идет не только снаружи, но и до той глубины, на которую проникают радиоволны. В бытовых СВЧ-печах волны проникают вглубь на 2,5-3 см, они разогревают воду, а та, в свою очередь, весь объем продуктов.

Устройство магнетрона — основная составляющая

Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – магнетроном
, представляющим собой электровакуумный диод. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди.

В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения.

К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона.

Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки. Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.

Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.

Для получения мощности 400 Вт (или 50% от выходной мощности) можно в течение 10-секундного интервала на 5 секунд включить магнетрон, а на 5 секунд выключить. В науке это называется широтно-импульсной модуляцией
.

Магнетрон в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому его корпус помещен в пластинчатый радиатор, который при работе всегда должен обдуваться воздушным потоком из встроенного в микроволновку вентилятора. При перегреве магнетрон очень часто выходит из строя, поэтому его оснащают защитой – термопредохранителем.

Термопредохранитель и зачем он нужен

Для защиты магнетрона от перегрева, а также гриля, которым оснащены некоторые модели СВЧ-печей, применяются специальные устройства, называемые термопредохранителем
или термореле
. Они выпускаются на разные номиналы температуры, указанные на их корпусе.

Принцип действия термореле очень прост. Его корпус из алюминия прикрепляется при помощи фланцевого соединения к месту, где необходимо контролировать температуру. Так обеспечивается надежный тепловой контакт. Внутри термопредохранителя находится биметаллическая пластинка, имеющая настройки на определенную температуру.

При превышении температурного порога пластинка изгибается и приводит в действие толкатель, который размыкает пластины контактной группы. Питание СВЧ-печи прерывается. После остывания геометрия биметаллической пластины восстанавливается и происходит замыкание контактов.

Назначение вентиляторов СВЧ-печи

Вентилятор является важнейшим компонентом любой микроволновки, без которого ее работы будет невозможной. Он выполняет ряд важнейших функций:

• Во-первых, вентилятор обдувает главную деталь СВЧ-печи – магнетрон, обеспечивая его нормальную работу.
• Во-вторых, другие компоненты электронной схемы тоже выделяют тепло и требуют вентиляции.
• В-третьих, некоторые микроволновки оборудованы грилем обязательно вентилируемым и защищенным термореле.
• И, наконец, в камере приготовляемые продукты тоже выделяют большое количество тепла и водяного пара. Вентилятор создает в камере небольшое избыточное давление, в результате чего воздух из камеры вместе с нагретым водяным паром выходит наружу через специальные вентиляционные отверстия.

В микроволновке от одного вентилятора, который расположен у задней стенки корпуса и засасывает воздух снаружи, организована система вентиляции при помощи воздуховодов, направляющий воздушный поток на пластины магнетрона, а затем в камеру. Двигатель вентилятора представляет собой простой однофазный переменного тока.

Система защиты и блокировки микроволновой печи

Любая СВЧ-печь имеет внутри мощное радиоизлучающее устройство – магнетрон. СВЧ-излучение такой мощности может нанести непоправимый вред здоровью человека и всех живых существ, поэтому необходимо принять ряд мер по защите.

Микроволновка имеет полностью экранированную металлическую рабочую камеру
, которая снаружи дополнительно защищена металлическим корпусом, не позволяющим высокочастотному излучению проникать наружу.

Прозрачное стекло в дверце имеет экран из металлической сетки с мелкой ячейкой, которая не пропускает наружу излучение 2450 Гц, длиной волны 12,2 см, генерируемое магнетроном.

Вопрос экономии энергопотребления всегда был актуальным. одним из видов осветительных приборов , которые в значительной мере помогут снизить расход электричества в быту, являются. Чтобы сделать оптимальный выбор , нужно просто разобраться в преимуществах и недостатка каждого вида таких ламп.

Двойные выключатели в виду своих особенностей получили широкое применение в домашних условиях. Как правильно подключать такие выключатели и что необходимо знать для предотвращения ошибок при этом, можно прочитать в.

Дверца микроволновой машины плотно прилегает к корпусу
и очень важно чтобы этот зазор сохранял свои геометрические размеры. Расстояние между металлическим корпусом камеры и специальным пазом дверцы должно быть равно четверти длины волны СВЧ-излучения: 12,2 см/4=3.05 см.

В этом зазоре образуется стоячая электромагнитная волна, которая именно в месте прилегания дверцы к корпусу имеет нулевое амплитудное значение, поэтому волна наружу не распространяется. Вот таким элегантным способом решается вопрос защиты от СВЧ излучения при помощи самих СВЧ-волн. Такой способ защиты в науке называется СВЧ дроссель.

Для предотвращения включения СВЧ-печи с открытой камерой
существует система микропереключателей, контролирующих положение дверцы. Обычно таких переключателей не менее трех: один выключает магнетрон, другой включает лампочку подсветки даже при неработающем магнетроне, а третий служит для того, чтобы «информировать» блок управления о положении дверцы.

Микропереключатели расположены и настроены так, что они срабатывают только при закрытой рабочей камере микроволновки.

Микропереключатели на дверце также часто называют конечными выключателями.

Блок управления — мозг прибора

Блок управления есть у любой микроволновой печи и он выполняет две главные функции:

• Поддержание заданной мощности микроволновой печи.
• Отключение печи после истечения заданного времени работы.

На старых моделях электропечей блок управления представляли два электромеханических переключателя, один из которых как раз задавал мощность, а другой промежуток времени. С развитием цифровых технологий стали применяться электронные блоки управления, а сейчас уже и микропроцессорные, которые кроме выполнения двух главных функций могут еще и включать множество нужных и ненужных сервисных.

• Встроенные часы, которые, безусловно, могут быть полезны.
• Индикация уровня мощности.
• Изменение уровня мощности при помощи клавиатуры (кнопочной или сенсорной).
• Приготовление блюд или размораживание продуктов при помощи специальных программ, «зашитых» в память блока управления. При этом учитывается вес, а нужную мощность печь подберет сама.
• Сигнализация окончания программы выбранным звуковым сопровождением.

Кроме этого, у современных моделей есть верхние и нижние грили, функция конвекции, которыми также «руководит» блок управления.

В блоке управления есть свой источник питания, обеспечивающий работу блока и в дежурном, и в рабочем режиме. Важным компонентом является релейный блок, который коммутирует по командам силовые цепи магнетрона и гриля, а также цепи вентилятора, встроенной лампы и конвектора. Блок управления связан шлейфами с клавиатурой и панелью индикации.

Занимательное видео с рассказом о принципе работы СВЧ-печей

Посмотрите как просто объясняется то, благодаря чему работает этот удивительный прибор.

Магнетрон
— специальный электронный прибор, в котором генерирование сверхвысокочастотных колебаний (СВЧ-колебаний) осуществляется модуляцией электронного потока по скорости. Магнетроны значительно расширили область применения нагрева токами высокой и сверхвысокой частоты.
Менее распространены основанные на том же принципе амплитроны (платинотроны), клистроны, лампы бегущей волны.

Магнетрон является наиболее совершенным генератором сверхвысоких частот большой мощности. Это хорошо эвакуированная лампа с электронным потоком, управляемым электрическим и магнитным полями. Они позволяют получать весьма короткие волны (до долей сантиметра) при значительных мощностях.

В магнетронах используется движение электронов во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях, создаваемых в кольцевом зазоре между катодом и анодом. Между электродами подается анодное напряжение, создающее радиальное электрическое поле, под действием которого вырываемые из подогретого катода электроны устремляются к аноду.

Анодный блок помещается между полюсами электромагнита, который создает в кольцевом зазоре магнитное поле, направленное по оси магнетрона. Под действием магнитного поля электрон отклоняется от радиального направления и движется по сложной спиральной траектории. В пространстве между катодом и анодом образуется вращающееся электронное облако с языками, напоминающее ступицу колеса со спицами. Пролетая мимо щелей объемных резонаторов анода, электроны возбуждают в них высокочастотные колебания.

Рис. 1. Анодный блок магнетрона

Каждый из объемных резонаторов представляет собой колебательную систему с распределенными параметрами. Электрическое поле концентрируется у щелей, а магнитное поле сосредоточено внутри полости.

Вывод энергии из магнетрона осуществляется при помощи индуктивной петли, помещаемой в один или чаще два соседних резонатора. По коаксиальному кабелю энергия подводится к нагрузке.

Рис. 2. Устройство магнетрона

Нагрев токами СВЧ осуществляется в волноводах круглого или прямоугольного сечения или в объемных резонаторах, в которых возбуждаются простейших форм ТЕ10(Н10) (в волноводах) или ТЕ101 (в объемных резонаторах). Нагрев может осуществляться и излучением электромагнитной волны на объект нагрева.

Питание магнетронов осуществляется выпрямленным током с упрощенной схемой выпрямителя. Установки очень малой мощности могут питаться переменным током.

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд.

(СВЧ-печки), она прослужит достаточно долгий срок. При несоблюдении этих правил, СВЧ-печь может выйти из строя. Как нам известно, ремонт любой радиоэлектронной техники не дешевый, а иногда вообще может превышать стоимость покупки нового устройства.

Вконтакте

Одноклассники

Причины поломки СВЧ-печей

Чаще всего при поломке СВЧ-печи сталкиваются с неисправностью магнетрона
. Данный элемент устройства выходит из строя при перегрузке, когда рассеиваемая на нем мощность превышает норму. К такому результату обычно приводит использование посуды из металла или с его элементами при включении СВЧ-печи. Пустую микроволновку также не стоит включать. Несоблюдение этих простых инструкций и приводит к поломке, особенно если модель печи недорогая. В таких случаях поломки практически всегда неизбежна замена магнетрона и высоковольтного диода.

Может также сломаться пластиковая или слюдяная заглушка или прокладка, которая находится в рабочей камере микроволновки. Такая прокладка представляет собой прямоугольник 2,5 х 6 см, который служит разделительным элементом между волноводом и антенной магнетрона и между рабочей камерой. Такая заглушка защищает волновод и антенну магнетрона от попадания маленьких кусочков еды из рабочей камеры. Специалисты по ремонту настоятельно не рекомендуют заниматься ремонтом СВЧ-печи самостоятельно.

Казалось бы, диагностика повреждений простая и устранение поломки тоже, но стоит знать, что в электрической цепи магнетрона существует довольно немалое напряжение в несколько сотен вольт
, и при самостоятельном ремонте можно получить ожоги электрическим током. Также магнетрон – это элемент, который генерирует и излучает сверхвысокую частоту, при ремонте есть риск получить облучение. Поэтому ремонт своими руками совсем небезопасен.

В статье разберем подробнее, как при четком соблюдении мер безопасности, диагностировать неисправность и устранить её, с последующей заменой элементов своими руками (магнетрона или высоковольтного диода). Таким образом, можно снизив затраты на ремонт привести наш кухонный прибор в рабочее состояние.

Какие неисправности встречаются чаще всего?

Самых распространенных видов неисправности СВЧ-печи всего лишь два:

• Неисправность, при которой нет нагрева рабочей камеры;
• Снижение мощности прибора.

В случае, как с первой поломкой, магнетрон подлежит замене
, вдобавок к этому на работоспособность стоит проверить также и высоковольтный диод. Когда магнетрон находится в неисправности, обычно вместе с ним может выйти из строя и диод.

Магнетрон даже в неисправном состоянии выглядит как новый, поэтому убедиться в его неисправности понадобиться более внимательно. Можно протестировать нить накала, но этого мало. Следует проверить звук, который издает при работе микроволновая печь. Можно положить внутрь рабочей камеры стакан, заполненный водой на 2/3. Если при работе слышится ровный звук, тогда микроволновка в исправном состоянии. В неисправном состоянии она будет издавать звук гудящего с натугой трансформатора и потрескивания. В случае неисправности не следует использовать печь.

Существует популярный тест
, который поможет установить, качественно ли работает микроволновая печь. Для этого нам нужна стеклянная банка, наполненная водой, ёмкостью 1 литр. Наполненная емкость помещается в рабочую камеру микроволновки, предварительно нужно измерить с помощью цифрового градусника температуру воды в банке. Затем микроволновая печь включается на 1 минуту, по истечении которой банку нужно достать, перемешать в ней воду и вновь замерить температуру. По разнице между температурами до и после нагрева можно определить рабочую мощность и насколько она соответствует.

Как проверить магнетрон на неисправность своими руками?

При ремонте микроволновых печей
создаются определенные проблемы и неудобства с диагностикой магнетрона, так как отсутствуют легкие методы его диагностики. Например, быстро проверить на неисправность магнетрон и элементы высоковольтного умножителя (в том числе и высоковольтный диод) можно с помощью прибора осциллографа, который должен быть в режиме измерения высоких напряжений.

Служит магнетрон в роли одного из диодов удвоителей напряжения. Данная функция позволит сделать проверку магнетрона как диода, при условии, что штатный диод существует и исправен. Получить интересующие нас данные о работоспособности, неисправностях и проблемах с режимом питания магнетрона можно, увидев с помощью осциллографа форму напряжения на его катоде.

Для этого необходим стандартный высоковольтный делитель, рассчитанный на 30 кВ
. Также такой делитель можно сделать самостоятельно из трёх резисторов сопротивлением 33МОм и одного резистора сопротивлением 30кОм, который используется для подключения входа измерительного прибора. Заземление необходимо подсоединять к корпусу печи. На экране осциллографа, при включенной микроволновке, могут наблюдаться отрицательные полупериоды с импульсами 50 Гц, амплитудой 4 кВ. Форма, размер, периодичность и амплитуда импульсов зависит от составных компонентов источника питания.

По мере возрастания накаливания и его устойчивой работы в режиме активности, можно пронаблюдать начальный вход магнетрона в режим работы. Также можно выявить, какие диоды, резисторы и конденсаторы вышли из строя. Если магнетрон неисправен, то на экране осциллографа мы можем наблюдать синусоиду амплитудой 2 кВ.

Навыки по ремонту свч-печей можно получить
, проведя описанный выше метод и контрольных измерений показателей на исправной печи, которые далее можно использовать как эталонные. Включив СВЧ-устройство через лабораторный автотрансформатор и снизив напряжение на 25%-30%, можно определить рабочее состояние магнетрона. Во время проведения измерений нужно брать в учет высокое напряжение и соблюдать технику безопасности.

Определяем работоспособность высоковольтного диода

Принцип работы высоковольтного диода лишь один, но разновидность типов диода очень большая. На плате устройства обычно диод обозначен символами DB 1, по типу он может иметь самые различные маркировки. Ознакомившись с информацией и характеристиками диода, можно заменить его аналогичным диодом с другой маркировкой, ведь у каждого производителя своя маркировка продукции.

Технические характеристики высоковольтного диода
такие:

• Максимальное напряжение 5 кВ;
• Ток до 700мА.

Из-за таких характеристик нельзя прозвонить диод обычным мультиметром, так как максимальный предел измерения сопротивления 2МОм. При измерении показаний такой тестер в любом случае покажет «обрыв цепи». Напряжение отпирания для высоковольтного диода заряжает высоковольтную ёмкость до амплитудного значения. По сравнению с рабочим оно имеет очень маленький показатель. Диод запирается только тогда, когда полярность напряжения поменялась, в том случае общее напряжение на обмотке и ёмкости прикладывается к магнетрону.

Способы диагностики высоковольтного диода

Неисправный высоковольтный диод можно проверить на пригодность двумя способами:

• С помощью омметра, у которого предел измерения сопротивления составляет 200 МОм. Такой прибор предназначен для измерения показателей сопротивления изоляции кабелей;
• Практическим методом при помощи цепи переменного напряжения от100 до 230 В.

Однако, используя данный метод проверки в домашних условиях, обязательно требуется соблюдать технику безопасности. Последовательно диод своим одним контактом подключается к электрической цепи 230 В через её проводник. Затем в режиме постоянного напряжения, используя диапазон напряжений 250 В, с помощью мультиметра снимают показания между проводником и контактом сети которые не подключены к цепи. Если напряжение присутствует, то тестер не покажет «короткое замыкание». Если есть «короткое замыкание» — значит, диод неисправен. Об уменьшении мощности микроволновой печи может свидетельствовать слабый нагрев продуктов питания либо увеличиваются временные затраты на разогрев. При наличии такой поломки замена магнетрона, скорее всего, не нужна.

Рассмотрим два способа диагностики проблемы:

Если проходные конденсаторы вывода накала неисправны, можно отсоединить старый конденсатор с помощью кусачек от платы, а затем припаять новые рабочие конденсаторы. Новые конденсаторы могут быть любые, но их ёмкость должна быть более 200пФ в зависимости от рабочих напряжений.

Для изоляции выводов емкостей
нужно залить их эпоксидным клеем. Такое устранение поломки является не самым качественным и надежным, и может быть применен такой способ лишь в том случае, если нет другого выхода. В данном случае можно поступить с ремонтом иначе. Можно снять запчасти со старой микроволновки, которая была исправна. Таким образом, неисправность бытового устройства будет устранена.

В статье были рассмотрены методы ремонта СВЧ-печи своими руками, которые имеют смысл и позволяют сэкономить затраченное на проведение ремонта время и финансовые средства.

Магнетрон.

Описание работы и проверка исправности — Оборудование

Магнетрон представляет собой электронную лампу, излучающую микроволны в магнитном поле.  Амплитуда колебания электронных волн имеет разные частоты (0,5-100 ГГц). Благодаря широкому диапазону мощности, импульсному или непрерывному режиму лампа обладает высокими показателями коэффициента полезного действия (КПД).

Принцип работы

Уникальные качества, каковыми обладает магнетрон, позволяют использовать его в быту, медицине (стерилизация инструментов и перевязочных материалов)  и военной промышленности. Сверхчастотные приборы нашли применение в области радиолокации, в медицине и при создании бытовой техники.  Принцип действия электровакуумного прибора основан на замедлении движения электронов в электромагнитных полях.

Многорезонаторный прибор, генерирующий разогретым катодом электроны, направляет их к аноду. Для разных целей свч-генератор может испускать волны высокой частоты и мощности короткими импульсами. Примером работы вакуумной лампы может служить бытовая микроволновая печь СВЧ и радарная установка.

Принцип работы бытовой печки СВЧ основан на преобразовании электрической энергии в электрическое поле с высокой частотой колебания волн, передающих энергию  движения молекулам воды. В процессе ускорения движения молекулы воды нагреваются, заставляют двигаться диполи пищевого продукта. За счет скорости поворота диполей происходит быстрое приготовление пищи, при этом сохраняются ее ценные биологические и пищевые качества.

Производительность бытовой микроволновой печи зависит от мощности магнетрона. Основным достоинством прибора является скорость приготовления продуктов питания, высокий КПД, отсутствие отрицательного воздействия на людей, животных и растения. Однако в СВЧ-печи затруднено приготовление блюда с ингредиентами, содержащими разное количество влаги. Отсутствие на продукте поджаристой корки также относится к существенным недостаткам бытовой печи.

Производительность магнетрона зависит от конструкции анода, представленного в виде медного цилиндра с резонаторами. В середину анода встраивается катод с устройством для его подогрева. Анодный цилиндр закрепляется между кольцевыми магнитами, за счет чего электроны двигаются вдоль силовых линий электрического поля по направлению от катода к аноду. 

Лампа, как и все детали оборудования, имеет собственный рабочий ресурс. Причинами поломки прибора может служить:

 — интенсивная эксплуатация СВЧ-печи;

 — износ магнетрона;

 — неисправность в магнитной системе лампы;

 — обрыв нити в результате короткого замыкания;

 — отсоединение клеммы питания;

 — пробой проходных конденсаторов.

Как проверить

Перед тем, как проверить магнетрон необходимо отключить прибор от источника питания, предварительно проверив его по всем параметрам теста. Если при тестировании лампы обнаруживается сопротивление в 2-3 Ом, то можно быть уверенным, что произошло короткое замыкание, которое может привести к обрыву нити.

Пробой конденсатора можно выявить при помощи тестирования, касаясь щупами корпуса магнетрона и его клеммы питания. При пробое конденсаторов тестер покажет наличие сопротивления. Ремонт заключается в замене неисправного конденсатора, или, в особых случаях, следует установить новый магнетрон.

В процессе эксплуатации СВЧ-печи необходимо обязательное наличие в ней продуктов, поглощающих микроволны. В пустой камере микроволны отражаются в волновод и вызывают искрение, повреждающее магнетрон. Для предупреждения поломки печи в процессе приготовления небольшой порции продуктов для поглощения излишка энергии рекомендуется в камеру поместить стеклянную емкость с водой.

2 Принцип работы магнетрона

Электроны 
эмиттируются 
из  катода 
в пространство взаимодействия, где на
них воздействует постоянное электрическое
поле анод-катод, постоянное магнитное
поле и поле электромагнитной волны.
Если
бы не было поля электромагнитной волны,
электроны бы двигались в скрещённых
электрическом и магнитном полях по
сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая,
которую описывает точка на круге,
катящемся по наружной поверхности
окружности большего диаметра, в конкретном
случае — по наружной поверхности
катода). При достаточно высоком магнитном
поле (параллельном оси магнетрона)
электрон, движущийся по этой кривой, не
может достичь анода (по причине действия
на него со стороны этого магнитного
поля силы
Лоренца),
при этом говорят, что произошло магнитное
запирание диода.

В
режиме магнитного запирания некоторая
часть электронов движется по эпициклоидам
в пространстве анод-катод. Под
действием собственного поля электронов,
а также статистических эффектов (дробовой
шум)
в этом электронном облаке возникают
неустойчивости, которые приводят к
генерации электромагнитных колебаний,
эти колебания усиливаются резонаторами.
Электрическое поле возникшей
электромагнитной волны может замедлять
или ускорять электроны. Если электрон
ускоряется полем волны, то радиус его
циклотронного движения увеличивается,
и он отклоняется в направлении катода.
При этом энергия передаётся от волны к
электрону. Если же электрон тормозится
полем волны, то его энергия передаётся
волне, при этом циклотронный радиус
электрона уменьшается, центр окружности
вращения смещается ближе к аноду, и он
получает возможность достигнуть анода.
Поскольку электрическое поле анод-катод
совершает положительную работу только
если электрон достигает анода, энергия
всегда передаётся в основном от электронов
к электромагнитной волне.

Однако,
если скорость вращения электронов
вокруг катода не будет совпадать с
фазовой скоростью электромагнитной
волны, один и тот же электрон будет
попеременно ускоряться и тормозиться
волной, в результате эффективность
передачи энергии волне будет небольшой.
Если
средняя скорость вращения электрона
вокруг катода совпадает с фазовой
скоростью волны, электрон может находиться
непрерывно в тормозящей области, при
этом передача энергии от электрона к
волне наиболее эффективна. Такие
электроны группируются в сгустки (так
называемые «спицы»), вращающиеся вместе
с полем. Многократное, в течение ряда
периодов, взаимодействие электронов с
ВЧ-полем и фазовая фокусировка в
магнетроне обеспечивают высокий
коэффициент полезного действия и
возможность получения больших мощностей.

Резонаторная
система принимает поток электронов,
движущихся от катода к аноду, и одновременно
отводит тепло. В резонаторной системе
есть несколько частот, при которых на
длине резонатора укладывается целое
число стоячих волн от 1 до n/2
(n-число
резонаторов). На определенной резонансной
частоте и возникают СВЧ колебания.

Резонаторы
магнетрона представляют собой замедляющую
систему, в них происходит взаимодействие
пучка электронов и электромагнитной
волны. Поскольку эта система в результате
кольцевой конструкции замкнута сама
на себя, то её можно возбудить лишь на
определённых видах колебаний, из которых
важное значение имеет π-вид.
Этот вид колебаний назван так потому,
что напряжения СВЧ на двух соседних
резонаторах сдвинуты по фазе на π.

В
резонаторе на электроны, двигающиеся
от катода к аноду, действуют три поля:
постоянное электрическое, сообщающее
кинетическую энергию электронам,
постоянное магнитное поле, изменяющее
траекторию их движения, и СВЧ поле,
возникающее в резонаторах и проникающее
через щели в промежуток катод-анод. При
этом часть электронов, которые замедляются
полем, отдают энергию, поддерживая
колебания в резонаторе. В магнетроне
процессы формирования, управления и
преобразования энергии электронного
потока происходят в одном пространстве
взаимодействия, что осложняет анализ
работы этого устройства.

Для
стабильной работы магнетрона (во
избежание перескоков во время работы
на другие виды колебаний, сопровождающихся
изменениями частоты и выходной мощности)
необходимо, чтобы ближайшая резонансная
частота колебательной системы значительно
отличалась от рабочей частоты (примерно
на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми
резонаторами разность этих частот
получается недостаточной, её увеличивают
либо введением связок в виде металлических
колец, одно из которых соединяет все
чётные, а другое все нечётные ламели
анодного блока, либо применением
разнорезонаторной колебательной системы
(чётные резонаторы имеют один размер,
нечётные — другой).

На
рисунке 6 приведена структура ВЧ
электрического поля в пространстве
взаимодействия вблизи одиночного
резонатора (а) и по кругу всего анодного
блока. Вектор напряженности поля можно
разложить на радиальную и тангенциальную
составляющие. При этом в пространстве
взаимодействия возникает стоячая волна
на определенной частоте, а резонаторный
блок представляет собой замедляющую
систему.

Рисунок
6 — Структура ВЧ электрического поля

Если
средняя составляющая скорости электрона
равна фазовой скорости СВЧ волны вдоль
резонансной системы (условие синхронизма),
то СВЧ поле группирует электроны,
замедляя их и отбирая энергию, полученную
от статического электрического поля.
Траектория движения электрона в
пространстве взаимодействия приведена
на рисунке 7.

Рисунок
7 — Траектория движения электрона в
пространстве взаимодействия

Три
электрона (А, Б и В) находятся в разных
точках тормозящего ВЧ поля в пространстве
взаимодействия и имеют различные
скорости. Электрон А будет ускоряться
радиальной составляющей ВЧ поля, а
электрон В – замедляться. В результате
оба они с разных сторон будут приближаться
к электрону Б, находящемуся в плоскости,
где радиальная составляющая электрического
поля равна нулю. Таким образом, происходит
группировка электронов по скорости, а
отбор энергии электронного пучка
осуществляется тангенциальной
составляющей поля, что приводит к
образованию в магнетроне электронных
пучков, двигающихся от катода к аноду.
Число таких пучков в два раза меньше
числа резонаторов. На рисунке 8 показана
огибающая этих пучков в фиксированный
момент времени (траектории конкретных
электронов показаны сплошными линиями).

Рисунок
8 — Огибающая электронных пучков в
фиксированный момент времени

Весь
пространственный заряд электронных
пучков вращается вокруг катода синхронно
с изменением ВЧ электрического поля. В
моменты времени, когда электронные
пучки подходят к щелям резонаторов,
поле в них оказывается тормозящим,
отбирающим энергию у электронов. В
результате потенциальная энергия
электронного потока, получаемая им от
источника постоянного анодного
напряжения, преобразуется в энергию
электромагнитных колебаний, генерируемых
магнетроном.

В
зависимости от режима работы различают
магнетроны импульсного и непрерывного
действия. К.п.д.
магнетронов достигает 95%, рабочая частота
от 0,5 до 100 ГГц, длительность импульсов
колебаний 0,02-100 мкс, мощность прибора
от нескольких Вт до десятков МВт.

Что такое магнетрон? Определение, конструкция, работа и применение магнетрона

Определение : Магнетрон — это устройство, генерирующее электромагнитную волну большой мощности. Он в основном рассматривается как самовозбуждающийся микроволновый генератор. И также известен как устройство с перекрестным полем .

Причина этого названия заключается в том, что электрическое и магнитное поля, создаваемые внутри трубки, взаимно перпендикулярны друг другу, поэтому они пересекают друг друга.

Содержимое: Магнетрон

1. Принцип работы
2. Строительство
3. Рабочий
4. Частота толкания и извлечения
5. Преимущества
6. Недостатки
7. Приложения

Принцип работы

Магнетрон — это в основном электронная лампа большой мощности с множеством полостей. Он также известен как магнетрон полости из-за наличия анода в резонансной полости трубки.

Принцип работы магнетрона таков, что когда электроны взаимодействуют с электрическим и магнитным полем в резонаторе, генерируются колебания большой мощности.

Магнетроны в основном используются в радарах как единственный мощный источник радиочастотного сигнала в качестве генератора мощности, несмотря на усилитель мощности. Он был изобретен в 1921 году Альбертом Халлом. Однако усовершенствованный магнетрон с резонатором большой мощности был изобретен в 1940 Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом.

В этой статье мы обсудим, как работает магнетрон с резонатором. Но перед этим мы должны знать, как устроен магнетрон.

Конструкция магнетронов

На рисунке показан магнетрон с 8 полостями:

Цилиндрический магнетрон имеет цилиндрический катод определенной длины и радиуса, расположенный в центре, вокруг которого находится цилиндрический анод. Полости расположены по окружности анода на одинаковом расстоянии.

Кроме того, область, существующая между анодом и катодом трубки, известна как пространство / область взаимодействия .

Здесь следует отметить, что существует разность фаз 180 ° между соседними полостями. Следовательно, резонаторы будут передавать свое возбуждение от одного резонатора к другому с фазовым сдвигом 180 °.

Таким образом, мы можем сказать, что если одна пластина положительна, то соседняя пластина автоматически будет отрицательной. И это хорошо видно на приведенном выше рисунке.

Более конкретно, мы можем сказать, что края и полости показывают соотношение фаз 180 °.

Как мы уже обсуждали, здесь электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу.А магнитное поле создается с помощью постоянного магнита.

Работа магнетрона

Возбуждение катода магнетрона обеспечивается источником постоянного тока, который вызывает выход из него электронов.

В этом разделе мы обсудим работу магнетрона в двух категориях. Первый без применения ВЧ-входа к аноду, а второй — с применением ВЧ-входа.

1. Если вход RF отсутствует

Случай I : Когда магнитное поле равно 0 или отсутствует

Когда магнитное поле отсутствует, электрон, выходящий из катода, радиально движется к аноду.Это показано на рисунке ниже:

Это происходит потому, что движущийся электрон не испытывает воздействия магнитного поля и движется по прямой траектории.

Случай II : При наличии небольшого магнитного поля

Если внутри магнетрона существует небольшое магнитное поле, то выходящий из катода электрон слегка отклонится от своего прямого пути. И это вызовет извилистое движение электрона от катода к аноду, как показано на рисунке: Это движение электрона является результатом действия на него электрической, а также магнитной силы.

Случай III : В случае дальнейшего увеличения магнитного поля электроны, выходящие из катода, сильно отклоняются магнитным полем. И проведите по поверхности катода, как показано ниже: Это приводит к тому, что анодный ток становится равным 0. Значение магнитного поля, которое заставляет анодный ток становиться равным 0, известно как критическое магнитное поле .

Если магнитное поле увеличивается за пределы критического магнитного поля. Тогда электрон отскочит обратно к катоду, не достигнув анода.

Достижение эмитированных электронов от катода обратно к нему известно как обратный нагрев . Поэтому, чтобы избежать этого, электрическое питание катода должно быть отключено после того, как в трубке возникнут колебания.

2. При наличии поля RF

Случай I : в случае, если на анод магнетрона подается активный РЧ-вход, в пространстве взаимодействия магнетрона возникают колебания. Итак, когда электрон испускается с катода на анод, он передает свою энергию, чтобы колебаться.

Такие электроны называются привилегированными электронами . В этом состоянии электроны будут иметь низкую скорость и, следовательно, потребуется довольно много времени, чтобы добраться от катода до анода.

Это показано на рисунке ниже:

Случай II : Другое условие возникает при наличии РЧ входа. В этом случае испускаемый катодом электрон при движении забирает энергию из колебаний, тем самым увеличивая свою скорость.

Таким образом, несмотря на то, что электроны достигают анода, они отскакивают обратно к катоду, и эти электроны известны как нежелательных электронов .

Распространение нежелательных электронов показано ниже:

Случай III : При дальнейшем увеличении РЧ-входа электрон, испускаемый во время движения, увеличивает свою скорость, чтобы догнать электрон, испущенный ранее, со сравнительно меньшей скоростью.

Итак, все те электроны, которые не получают энергию от колебаний для своего движения, известны как предпочтительные электроны.И эти привилегированные электроны образуют электронного сгустка или электронного облака и достигают анода от катода.

Формирование электронного сгустка внутри трубки известно как эффект фазовой фокусировки .

Из-за этого орбита электрона ограничивается спицами. Эти спицы вращаются согласно некоторому дробному значению количества электронов, испускаемых катодом, пока не достигнут анода, передавая свою энергию колебаниям.

Однако электроны, выпущенные из области катода между спицами, заберут энергию поля и очень быстро вернутся на катод.Но эта энергия очень мала по сравнению с энергией, передаваемой колебаниям. Это показано на рисунке ниже:

Движение этих благоприятных электронов внутри трубки увеличивает поле, существующее между зазорами в полости. Это приводит к устойчивым колебаниям внутри магнетрона, обеспечивая тем самым высокую мощность на выходе.

Частота толкания и извлечения

Изменение частоты колебаний магнетрона приводит к появлению термина «выталкивание» и «вытягивание» .

Когда напряжение, подаваемое на анод магнетрона, изменяется, это вызывает изменение скорости электронов, движущихся от катода к аноду. В результате меняется частота колебаний.

Следовательно, мы можем сказать, что когда резонансная частота магнетрона изменяется из-за изменения анодного напряжения, это известно как смещение частоты .

Изменение резонансной частоты иногда является результатом изменения импеданса нагрузки магнетрона.Импеданс нагрузки меняется, когда изменение является чисто резистивным или реактивным. Это изменение частоты известно как приращение частоты . Устойчивый источник питания может уменьшить это изменение частоты.

Преимущества

• Магнетроны — это высокоэффективное устройство, используемое для генерации мощного микроволнового сигнала.
• Использование магнетронов в радаре может создать радарную систему лучшего качества для целей слежения.
• Обычно он небольшой по размеру, поэтому менее громоздкий.

Недостатки

• Достаточно дорого.
• Несмотря на широкий диапазон частот, существует недостаток управляемости генерируемой частоты.
• Он предлагает среднюю мощность от 1 до 2 киловатт.
• Магнетроны довольно шумные.

Применение магнетрона

• Основным применением магнетрона является импульсная радиолокационная система для создания мощного микроволнового сигнала.
• Магнетроны также используются в нагревательных приборах, таких как микроволновые печи, для создания колебаний с фиксированной частотой.
• Перестраиваемые магнетроны находят свое применение в генераторах развертки.

Здесь следует отметить, что этот режим работы магнетрона также известен как π-режим. Это происходит потому, что между двумя соседними пластинами поддерживается правильный фазовый сдвиг 180 °. Также следует отметить, что колебания создаются только в π-режиме.

Электромагнетизм — Принцип работы магнетрона

Во-первых, когда конденсатор заряжается или разряжается, между пластинами возникает ток заряда, который имеет собственное магнитное поле, как проводник, даже если это вакуум. Анод магнетрона представляет собой медное кольцо либо с пазами для замочной скважины, либо с лопатками внутри, окружающими катод. Эти лопатки и трубка между ними образуют кольцо из одноповоротных катушек с резьбой по центру, причем концы лопаток или стороны пазов с замочной скважиной действуют как пластины конденсатора, образуя кольцо настроенных цепей. Соединительные кольца соединяют каждый второй наконечник вместе, поэтому выход должен быть подключен только к одному.
Сильное магнитное поле проходит через трубку вертикально, заставляя электроны по спирали уходить к концам.Они формируются в облако со спицами магнитными полями от зарядного тока между наконечниками и действуют как высокоскоростной вращающийся переключатель, поочередно приводя в движение каждую сторону настроенных цепей с отводом по центру. По мере того, как кончики становятся более отрицательными, облако притягивается к другим, которые теперь более положительны, но магнитные поля зарядового тока удерживают их там до тех пор, пока они не будут приближаться к отрицательному пику, когда ток заряда уменьшается. Затем облачным наконечникам разрешается переключаться на положительные наконечники и управлять ими до тех пор, пока ток заряда снова не уменьшится и не позволит им переключиться на следующие, которые теперь являются положительными.Провода к катоду намотаны вокруг ферритовых стержней. В одном магнетроне Toshiba они казались настроенными, поскольку некоторые витки были разнесены друг от друга, что привело меня к мысли, что это может иметь вторую цель — повысить эффективность за счет сглаживания катодного тока, предотвращения скачков тока при переключении облака отрицательные советы положительным. Индукторы будут поглощать изменение потенциала почти на 8 кВ, но на этой частоте все является конденсатором, включая катод, поэтому первоначально изменение потенциала будет происходить через сопротивление переключателя (которое является электронным облаком), вызывая переключение. убытки.Регулируя индуктивности, катод будет резонировать во время переключения. Теперь я думаю об этом, это очень хорошее решение. Катод может резонировать до положительного пика, почти равного потенциалу положительных лопастей, вовремя, чтобы облако переключилось на них, поэтому потери на переключение будут минимальными. КПД магнетронов Toshiba составляет около 70%. Антенна на магнетронах микроволновой печи — это верхняя крышка, похожая на верхнюю крышку большого клапана. Магнетрон не проводит ток до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет расчетного напряжения (обычно 4КВ), действуя как стабилитрон 4КВ.Это связано с тем, что ниже этого напряжения осевое магнитное поле, которое заставляет электроны двигаться по спирали, направляет их обратно к катоду.

Magnetron

Magnetron — это мощный микроволновый генератор, использующий взаимодействие электрического и магнитного полей в резонаторе для создания колебаний очень большой мощности. Его изобрели Рэндалл и Бут. Конструкция резонаторного магнетрона показана на рисунке.

Конструкция магнетрона

Как показано на приведенной схеме, магнетрон состоит из анодного блока из меди или латуни. Он имеет цилиндрическую форму, благодаря которой четное число полостей одинакового размера по направлению к внешней окружности выполнено в центре анодного блока. Есть отверстие, в котором находится катод. Центральное отверстие анодного блока соединено с каждой полостью щелевым соединением. Выход магнетрона снимается с помощью петлевой связи. Вокруг анодного блока расположен сильный постоянный магнит поперек катода с противоположными концами.

Работа магнетрона

Когда мы включаем схему, катод начинает излучать электроны постоянного магнита, которые не присутствуют, электроны, испускаемые катодом, собираются анодом, как при нормальном действии диода, теперь из-за наличия сильного магнита поперек катода будет сильный магнитный поток вокруг катода, эмитированные электроны с катода будут иметь свое магнитное поле, которое будет реагировать с полем постоянного магнита.Теперь испускаемые электроны будут вынуждены двигаться вокруг катода, пока он не соединится с катодным элементом.

В результате вокруг катода образуется скопление электронов, а перед полостями создается сильное электрическое поле. Это сильное поле возбудит резонатор, и колебания будут происходить с очень высокой частотой. Этот сигнал высокого уровня мощности достигается или снимается с помощью контура связи из любого резонатора для требуемой операции. O / p магнетрона находится в диапазоне длин частот СВЧ, а его мощность o / p очень высока в киловаттах.
Таким образом, он в основном используется в радиолокационных системах для передачи энергии. Обычно используется в микроволновых печах. Он также используется в промышленных целях отопления.

Основы магнетрона

| M-Press Systems

В большинстве промышленного микроволнового оборудования используются магнетроны для генерации необходимой микроволновой энергии. Это связано с тем, что магнетроны относительно дешевы, компактны, просты в эксплуатации и имеют хороший КПД. Только приложения с высокими требованиями к стабильности частоты и фазы используют другие типы электронных ламп, например. грамм. Гиротроны или клистроны.

Принцип работы магнетронов

Магнетрон состоит из нити накала в центре трубки, действующей как катод, с телом анода, окружающим нить. Нить накала и тело анода упакованы в одно устройство вместе с постоянными магнитами и, в некоторых случаях, дополнительными электромагнитными катушками, которые позволяют контролировать и изменять выходную мощность магнетрона. Затем внутренняя часть тела анода, содержащая нить накала, откачивается до высокого вакуума и герметизируется.

Нить изготовлена ​​из специального материала, например Торированный вольфрам, который при нагревании примерно до 2400 ° C начинает испускать свободные электроны. Поскольку нить накала подключена к отрицательному полюсу источника постоянного тока высокого напряжения, а тело анода — к положительному полюсу, электроны ускоряются электрическим полем по направлению к аноду. Однако из-за того, что магнитное поле ориентировано перпендикулярно пути ускоренных электронов, они вынуждены следовать по спиральной траектории, ведущей от нити к телу анода. Анодное тело содержит ряд выточенных в нем полостей, и когда поток электронов проходит через эти полости, они «сгруппированы» вместе из-за резонансных эффектов. Один из резонаторов соединен с антенной, расположенной вне магнетрона, и преобразует часть кинетической энергии электронных сгустков в радиочастотную (микроволновую) энергию, которая передается от антенны в волновод через устройство, называемое пусковой установкой. Обратите внимание, что выходная частота магнетрона напрямую зависит от механических размеров полостей, обработанных в корпусе анода, поэтому магнетроны становятся меньше с увеличением выходной частоты.

Работа магнетронов

Для работы магнетрону требуется 2 источника питания:

• Источник питания с нитью

  Блок питания с нитью служит для нагрева нити до температуры, достаточно высокой для испускания достаточного количества свободных электронов . Этот источник питания может обеспечивать переменное или постоянное напряжение с типичным диапазоном напряжений от 2,5 В до 15 В и токами от нескольких А до 100 А и выше. Напряжение на нити накала необходимо приложить за некоторое время до напряжения на катоде, чтобы нить накала имела достаточно времени для предварительного нагрева.Кроме того, из-за эффекта, называемого «обратная бомбардировка», напряжение на нити, возможно, придется уменьшить, когда магнетрон вырабатывает микроволновую энергию, поэтому в магнетронах с переменной выходной мощностью напряжение нити часто контролируется электронной схемой, удерживая нить при оптимальной температуре.

• Источник питания высокого напряжения

  Источник высокого напряжения — это фактический источник питания магнетрона, поскольку он обеспечивает энергию для ускорения электронов.Источник высокого напряжения всегда является источником постоянного тока, в зависимости от выходной мощности и области применения доступны различные типы источников питания. Типичные значения напряжения находятся в диапазоне от 2 кВ (2000 В) до 15 кВ и выше, при токах питания от нескольких 100 мА до нескольких А.

Срок службы магнетронов

Хотя некоторые другие факторы могут повлиять на срок службы магнетрона, например недостаточное время предварительного нагрева для нити накала или скачки напряжения на источнике высокого напряжения, при нормальной работе оно ограничивается в основном сроком службы нити накала. Из-за испарения тория и «пескоструйного эффекта», вызванного обратной бомбардировкой электронов, нить накала изнашивается, что дает Магнетрону ограниченный срок службы, который обычно составляет от 2000 до 10.000 часов. Чтобы продлить срок службы, необходимо учитывать следующие моменты:

• Обращение и хранение

  Нити магнетронов, особенно если они изготовлены из торированного вольфрама, довольно хрупкие и могут быть легко разрушены ударами или сильными вибрациями.Кроме того, загрязнение корпуса фильтра или антенны грязью или пылью может привести к преждевременному выходу из строя магнетронов, поэтому с ними следует обращаться осторожно и безопасно хранить в их оригинальной упаковке до установки внутри микроволнового генератора.

• Подача нити

  Максимальный срок службы магнетрона может быть достигнут только в том случае, если температура нити накала поддерживается постоянной во всех режимах работы. Поэтому следует часто проверять подачу нити, по крайней мере, перед установкой нового магнетрона. Это особенно важно в случае электронных (переменных) филаментов.

• Пусковая секция

  Пусковая секция отвечает за передачу микроволновой энергии от магнетрона в волноводную систему, неправильно спроектированные или плохо обслуживаемые пусковые установки приводят к недостаточной связи и перегреву магнетрона.

• Согласование нагрузки

  Плохо согласованные нагрузки вызывают перегрев магнетрона из-за отраженной микроволновой энергии. Нагрузки всегда должны согласовываться с использованием подходящих элементов настройки, если импеданс нагрузки изменяется во время работы, необходимо установить автонастройки или циркуляторы для защиты магнетрона.

• Циркуляторы

  Циркуляторы — самый безопасный вариант для защиты магнетронов в приложениях с большой мощностью. Однако циркуляционные насосы требуют регулярного технического обслуживания, чтобы гарантировать, что они работают в соответствии со спецификациями и эффективно защищают магнетрон.

• Система охлаждения

  Магнетроны требуют охлаждения корпуса анода, корпуса фильтра и антенны. В частности, охлаждающий воздух для корпуса фильтра и антенны должен быть чистым, сухим и без пыли. Если корпус анода имеет водяное охлаждение, убедитесь, что вода хорошего качества и не приводит к образованию накипи в охлаждающих каналах.

• Система управления

  Магнетроны высокой мощности и магнетроны с регулируемой выходной мощностью используют электронные системы управления для контроля и регулирования подачи высокого напряжения, анодного тока, выходной мощности и нагрева нити. Эти системы управления следует проверять на регулярной основе, самое позднее перед установкой нового магнетрона.

В случае, если ваша микроволновая система не работает или ваши магнетроны достигают только короткого срока службы, пожалуйста, свяжитесь с нами, у нас есть необходимый опыт и оборудование, чтобы тщательно проверить вашу систему и вернуть ее в состояние «как новое».

Строительство и эксплуатация ~ Wiki For You

Что такое магнетрон?

Магнетрон — это вакуумная лампа, которая используется для генерации микроволн большой мощности. Его рабочий принцип основан на взаимодействии между потоком электронов и магнитным полем. Первая магнетронная трубка была изобретена в 1940 году в Английском университете Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом.Магнетронная трубка работает от источника постоянного тока. Он состоит из анодного и катодного полюсов и постоянного магнита. Магнитронная полость используется в РАДАРАХ и СВЧ-печах.
Вам также может понравиться: Строительство и работа TRIAC

Конструкция магнетрона

Как указано выше, магнетронная трубка состоит из вакуумной трубки, имеющей два электрода, то есть анод и катод, и один постоянный магнит. Оба электрода имеют цилиндрическую форму, и катод окружен анодом.Собственно, катоды — это и полости цилиндрической формы. Постоянный магнит и оба электрода размещены таким образом, чтобы магнитное поле постоянного магнита и электрическое поле катода были перпендикулярны друг другу. Катод находится в центре камеры или цилиндра. Вокруг катода имеются цилиндрические полости, открытые по всей длине и соединяющие общее пространство полости. Выходной сигнал магнетрона выводится из любой полости по коаксиальной линии или с помощью волновода.
Рекомендуется к прочтению: Устройство и работа контроллера клавиатуры.
Выходная соединительная петля выдает выходной сигнал на объемный резонатор, который, в свою очередь, подключен к волноводу. Антенна подключена к волноводу для извлечения части поля. Затем волновод подключается к нагрузке, которая может быть варочной камерой (в случае микроволновой печи) или антенной с большим усилением (в случае радара). Конструктивная схема Магнетрона приведена выше.
Рекомендуемое чтение: Строительство ИБП

Работа или работа магнетрона

Полости мангетронной трубки состоят из горячего катода, в котором создается высокий отрицательный потенциал с помощью высокого напряжения постоянного тока.Когда Катод испускает электроны, они начинают путешествовать в вакууме. Путь туда зависит от силы и направления магнитного и электрического поля. Магнитное поле заставляет электроны притягиваться к положительному аноду и начинает вращаться по круговой траектории. Затем они проходят мимо отверстий полостей, открытых по их длине. Затем эти электроны создают в резонаторе высокочастотное радиополе, из-за которого электроны собираются в группы. Затем это поле переходит в выходной контур связи, который, в свою очередь, подключается к волноводу или антенне в зависимости от требований к выходу.

Magnetron, дешевый и простой способ создания источника СВЧ мощности — SAPINTECH

Магнетроны широко используются в качестве источников ВЧ-энергии, поскольку они обеспечивают высокую эффективность преобразования энергии (около 75%) при невысокой стоимости. Магнетрон был изобретен во время Второй мировой войны, когда его небольшой размер, высокая мощность и короткая длина волны сделали его идеальным для использования в радарах, но с массовым производством и развитием технологий автоматического производства магнетроны стали использоваться в домашних условиях в качестве источника излучения. в микроволновых печах.

Фиг. 1

Несколько важных характеристик этого типа источника ВЧ:

• Это высокомощный самовозбуждающийся СВЧ-генератор. В отличие от других типов микроволновых источников, которые могут использовать кварцевый генератор и усилитель мощности, магнетрон сам по себе является объемным генератором, что означает, что в объеме этого устройства колеблется масса электрона, которая в конечном итоге создает радиочастотный сигнал.
• Частотный спектр обычно составляет от 0,6 до 40 ГГц: очень полезный спектр, который очень хорошо подходит для радаров.
• Высокая мощность в несколько киловатт с эффективностью преобразования около 70 — 80% от подачи электроэнергии.

Рис.2 Структура магнетрона

В сердечнике магнетрона находится горячий катод с эмиссионной поверхностью. Анодный блок окружает катод и имеет форму цилиндрической полости. В одной из этих полостей находится механизм для извлечения электромагнитного сигнала из полости в структуру линии передачи. Пара сильных постоянных магнитов используется для создания сильного магнитного поля (оно может составлять 0,2 Тесла по сравнению с 3 Тесла, которое можно найти в сканере МРТ) через структуру электрода.

Из-за электромагнетизма ускоряющие или замедляющие электронные лучи могут создавать электромагнитную волну. Магнетрон создает электромагнитный сигнал с буквально движущимся электронным пучком.

Он начинается с того, что электрон вылетает из поверхности горячего катода из-за теплового возбуждения и электрического поля, создаваемого напряжением между катодом и анодом.Из-за постоянного сильного магнитного поля электроны подвергаются силе Лоренца и движутся по искривленной траектории, а не радиально от катода к аноду (рис. 3а).

Структура полости анода образует матрицу LC-контура, в которой индуктивным явлением является перемещение электронов по стенке, а емкостным явлением является зазор в каждой полости. В этой структуре потенциал на поверхности анода непостоянен, но изменяется в зависимости от положения (рисунок 3b).

Электронный пучок и структура полости сначала создают движущийся электронный пучок с произвольным лучом (или фазой на языке электромагнитной волны), но из-за взаимодействия между ними, в конечном итоге, только некоторый способ движения электронов поддерживается и усиливается за счет структура, произвольный способ движения в конечном итоге исчезает. Электроны движутся синхронно. Магнетрон переходит из переходного состояния в установившееся. Речь идет о «резонансном режиме», частота которого определяется структурой резонатора.

Фиг.3

В установившемся режиме существует «колесо пространственного заряда», образованное массой электронов, которые колеблются с резонансной частотой. Эти изменяющиеся во времени движущиеся электроны создают радиочастотное электромагнитное поле внутри каждой полости. Простая связь (рамочная антенна) помогает направить электромагнитную волну за пределы полости.В случае микроволновой печи волновод часто используется для направления волны в микроволновую камеру.

Рис. 4 Колесо пространственного заряда (электронов) формируется в установившемся состоянии.

Рис.5 Анимация формирования электронного луча внутри магнетрона

Простое параметрическое моделирование в HFSS дало довольно хороший результат. Мы получаем возвратные потери -30 дБ (таким образом, 99,9% энергии проходит через переходную структуру) на интересующей частоте.

В статье представлены устройство и принцип действия магнетрона.Используя горячеэмиссионный катод, магнетрон создает электронный пучок. Электроны движутся вокруг катода по кругу из-за постоянного магнитного поля, и это смещение модулируется с частотой, определяемой структурой резонатора (LC-контур). В конце концов, изменяющиеся во времени движущиеся электроны создают сильное электромагнитное поле.

MAGNETRON THEORY ~ электрика и электроника

До сих пор мы обсуждали микроволновую энергию и ее характеристики.Если вы не видели эту статью, нажмите здесь, чтобы увидеть статью о микроволновой энергии. В этом разделе мы рассмотрим, как генерируется микроволновая энергия. Компонент, используемый для генерации микроволновой энергии в микроволновой печи, называется магнетроном. Это термоэмиссионное устройство, в некоторых отношениях похожее на термоэлектронный диод. Чтобы понять основные принципы работы магнетрона, ниже рассматривается работа термоэмиссионного диодного клапана.

РАБОТА С ТЕРМИОННЫМ ДИОДОМ:
Диод состоит из двух электродов, которые

• Анод
• Катод

Эти электроды заключены в вакуумированный стеклянный или металлический корпус.Катод покрыт материалом, который при нагревании испускает электроны (субатомные частицы). Катод необходимо нагреть, чтобы освободить эти электроны. В магнетроне катод нагревается напрямую и обычно называется нитью накала. Анод используется для сбора электронов, производимых нитью накала. Для этого анод должен быть положительным по отношению к нити накала. Электроны — это отрицательно заряженные частицы, поэтому они притягиваются к положительному аноду. Электроны будут течь постоянно, пока сохраняется разность потенциалов, обеспечивая протекание тока через устройство.

РАБОТА МАГНИТРОНА:

Магнетрон — это термоэмиссионный диод специальной конструкции, обеспечивающий автоколебание. Основными отличиями являются форма и структура анода и добавление двух сильных внешних магнитов, один над и один под анодной камерой. Результирующее магнитное поле очень велико, так как вместе с анодным напряжением оно определяет путь, по которому будут двигаться электроны.

Без магнитов электроны двигались бы прямо к аноду обычным путем по прямой линии. Когда магниты установлены, сильное магнитное поле, действующее на оболочку магнетрона, заставит электроны, испускаемые нитью накала, двигаться по спирали, когда они движутся к анодной структуре .

Форма анода образует четное число структур, называемых объемными резонаторами, которые образуют отдельные настроенные цепи. Эти настроенные схемы будут колебаться, поскольку прохождение электронов наводит в них заряды. Все настроенные схемы соединены вместе по фазе, и результирующая мощность передается через антенну, которая соединена с анодной структурой, в резонатор.Далее следует более подробное объяснение этой концепции.

МАГНИТРОН КОНСТРУКЦИЯ:

На схеме ниже показан типичный магнетрон, используемый в микроволновой печи Sharp. Слева показан внешний вид, а с правой стороны показаны виды

в разрезе.

При осмотре магнетрона может показаться, что есть только две клеммы для подключения.Фактически они предназначены для нити накала и катода. Однако следует отметить, что анодная структура электрически соединена с внешним корпусом магнетрона, поэтому он содержит третье соединение.

Как обсуждалось в разделе «Основные принципы работы термоэмиссионного диода», анод находится под положительным потенциалом по отношению к нити накала. Анод магнетрона соединен с его внешним металлическим корпусом, который, в свою очередь, заземлен.Следовательно, возникает необходимость приложить к нити отрицательный потенциал.

Во время работы магнетрон довольно сильно нагревается до температуры примерно 96 градусов Цельсия. По этой причине его нужно охлаждать, воздух постоянно обдувается вентилятором. Ребра охлаждения прикреплены к магнетрону, чтобы обеспечить свободный поток воздуха вокруг анодной конструкции, максимизируя рассеивание избыточного тепла.

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ МАГНИТРОНА:

Как видно из приведенной ниже схемы, магнетрон имеет анодную резонаторную структуру особой формы, которая создает двенадцать резонаторов, образованных анодными лопатками.

Каждый объемный резонатор образует обычную параллельную настроенную цепь, которая состоит из конденсатора, соединенного параллельно с индуктором. В случае объемного резонатора емкость создается лопатками, которые рассматриваются как две пластины конденсатора, а зазор между лопатками является диэлектриком. Длина каждой лопасти составляет индуктивность. На приведенной ниже схеме анод магнетрона показан в виде обычных компонентов для облегчения понимания

.

Обычная параллельная настроенная схема, необходимая для генерации на частоте 2450 МГц, потребует очень малых значений индуктивности и емкости.Их можно рассчитать с помощью следующего уравнения.

F = 1➗2ℼ√ (LC)

Поэтому возможные значения могут быть:

C (емкость) 64,95 x 10-12 Фарад (64,95 пФ)

L (индуктивность) 64.95 x 10-12 Генри (64.95pH)

Приведенные выше примеры не являются практическими значениями, но они показывают, что значения емкости и индуктивности, создаваемые в магнетроне объемными резонаторами, очень малы.

Соединяя друг с другом все остальные анодные лопатки, используя модовые или стяжные кольца, можно гарантировать, что соседние полые резонаторы колеблются на 180 градусов не в фазе, когда магнетрон активен. Эта конфигурация показана на схеме ниже.

На диаграмме ниже показана анодная структура магнетрона и положение магнитов. Вокруг камеры присутствует сильное магнитное поле.Влияние магнитного поля заставляет электроны двигаться по спирали по направлению к аноду.

Для правильной работы магнетрона необходима очень высокая разность потенциалов между нитью накала и анодом, причем анод должен быть положительным по отношению к нити накала. На практике это достигается подключением анода к земле и приложением высокого отрицательного напряжения к нити накала.

Когда нить нагревается, электроны возбуждаются и начинают выпрыгивать из нити.Эти свободные электроны образуют облако или «пространственный заряд» вокруг нити. Затем электроны притягиваются к аноду из-за его положительной полярности. Однако они вынуждены идти по спирали из-за влияния внешнего магнитного поля, создаваемого магнитами над и под анодной камерой (закон Лоренца) . По мере приближения электронов к объемным резонаторам они индуцируют заряд внутри резонатора, и это вызывает начальные колебания. Их движение по зазорам лопаток создает эффект положительной обратной связи, в результате чего колебания продолжаются.

По мере развития колебаний некоторые резонаторы будут находиться в отрицательном состоянии, а некоторые — в положительном, причем каждый объемный резонатор будет сдвинут по фазе на 180 градусов со своим соседом. Эти условия меняются, когда цикл колебаний завершается, то есть резонаторы, которые были положительными, становятся отрицательными, а те, которые были отрицательными, становятся положительными. Это оказывает дополнительное влияние на пути, по которым проходят электроны.

Любой электрон в области отрицательно заряженной лопасти резонатора отталкивается из-за их «одинаковых зарядов», отрицательных электронов и отрицательно заряженного резонатора.Скорость этих электронов заставляет их возвращаться к нити накала, где они сталкиваются с ней, вызывая «обратный нагрев» и «вторичную эмиссию». И наоборот, электроны вблизи положительно заряженного резонатора притягиваются дальше к аноду, где они, наконец, приземляются.

Как показано на схемах ниже, эти два условия создают структуру электронов внутри камеры магнетрона. Этот рисунок обычно называют «эффектом колеса со спицами»; «спицы» образуются из-за того, что положительно заряженные полые резонаторы притягивают электроны к аноду.Промежутки между спицами вызваны отталкиванием электронов из-за отрицательно заряженных резонаторов.

Важно помнить, что полярность заряда внутри объемных резонаторов постоянно меняется. По мере того, как колебание продолжается, в течение одного полупериода работы электроны притягиваются чередующимися резонаторами и отталкиваются другими. В следующем полупериоде полярность изменится. Этот эффект вместе с магнитным полем заставляет «колесо со спицами» вращаться так, что «спицы» всегда указывают на положительно заряженные объемные резонаторы, и, следовательно, зазоры совпадают с отрицательно движущимися объемными резонаторами.По мере продолжения колебаний «колесо со спицами» будет постепенно вращаться.

На приведенной выше диаграмме показана модель «колеса со спицами», образованная электронным облаком в двух максимальных состояниях колебаний.

Из приведенной ниже схемы видно, что все двенадцать объемных резонаторов эффективно подключены параллельно, поэтому мощность, доступная от каждого из них, складывается. Поскольку объемные резонаторы расположены параллельно, можно подключить антенну (антенну) к любой из анодных лопаток, что позволяет передать общее количество произведенной микроволновой энергии через волновод в полость печи.

При замене магнетрона следует обратить внимание на следующие моменты:

• Вокруг антенны установлена ​​ВЧ-прокладка, предотвращающая утечку микроволновой энергии через уплотнение между магнетроном и волноводом. При установке магнетрона всегда следите за тем, чтобы прокладка не деформировалась.

• При обращении следите за тем, чтобы не оставлять жирных отложений вокруг или на антенне, которые могут карбонизироваться, что в дальнейшем вызовет искрение.

• Убедитесь, что соединения с клеммами магнетрона надежны.Если они ослабнут, произойдет перегрев и повреждение.

• Всегда помните о проверках 3D при работе с магнетроном и цепью высокого напряжения.

Несколько микроволн Sharp могут использовать один и тот же тип магнетрона, но имеют разную выходную мощность РЧ. Это связано с тем, что выходная ВЧ-мощность прямо пропорциональна анодному току, которым можно управлять в схемах ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ. Потенциал накала изменяется, чтобы обеспечить необходимую мощность для отдельных моделей.

ЕСЛИ ВАМ НРАВИТСЯ СОДЕРЖАНИЕ, ПОЖАЛУЙСТА, ГОЛОСОВАТЬ, И В СЛУЧАЕ КАКИХ-ЛИБО СОМНЕНИЙ, ПОЖАЛУЙСТА, КОММЕНТАРИЙ НИЖЕ МЫ ОТВЕТИМ НА ЭТО. ПОЖАЛУЙСТА, ПОДПИСАТЬСЯ НА НАШ ПРОФИЛЬ GOOGLE ИЛИ БЛОГ ДЛЯ БУДУЩИХ ОБНОВЛЕНИЙ! ПРИЯТНОГО ДНЯ

.