Магнетрон

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Магнетронът е мощна радиолампа, която генерира микровълни. Използват се в микровълновите фурни, както и в радарите.

Конструкция и действие[редактиране | edit source]

Сечение на магнетрон, магнитът не е показан

Всички магнетрони са изградени от нажежаем проводник (катод), към който е приложено високо отрицателно напрежение от постояннотоково захранване. Катодът се намира в центъра на вакуумирана цилиндрична камера. Чрез постоянен магнит се създава магнитно поле със силови линии, паралелни на повърхността на катода. Магнитното поле променя праволинейния ход на електроните, излъчени от катода и насочени към стената на камерата (играеща роля на (анод) и вместо по права линия, те започват да се движат по спирала. При движението си електроните индуцират високочестотно поле, което на свой ред въздейства върху електроните и ги събира в групи. Част от полето се извлича чрез антена, свързана с вълновод (обикновено метална тръба с правоъгълно сечение). Вълноводът насочва високочестотната енергия към товара - това може да е микровълнова фурна или антената на радар.

По края на камерата са разположени цилиндрични отвори (кухини), които играят ролята на резонатори. Размерът на кухините определя резонансната честота, т.е. честотата на генерираните микровълни. Честотата обаче не може да се контролира точно. Това не е проблем при някои приложения като фурните или при радарите, където приемникът може да се настрои към разстроения сигнал. Където обаче е необходима точно зададена честота се използват други устройства, като клистрона. Мощността на устройството се определя от приложеното напрежение и от параметрите на катода.

Магнетронът е доста ефективно устройство. Например микровълновата фурна консумира около 1 100 вата електрическа енергия и създава 700 вата микровълнова енергия, т.е. ефективността (коефициент на полезно действие) е около 65%. Съвременните електронни източници на микровълни на тези честоти работят при ефективност типично 25-30% и се използват основно поради способността им да генерират в по-широк честотен спектър. Така магнетронът намира приложения основно там, където е от значение голямата изходна мощност, а стабилната работна честота не е от толкова голямо значение.

Охлаждане[редактиране | edit source]

Магнетрон с магнит, монтиран в кожух. Хоризонталните пластини служат за охлаждане, подпомогнато от вентилатор

В микровълновите фурни вълноводът е съединен с работната камера за готвене. Тук е съществено в нея да има обект, който да поглъща излъчените вълни, защото отражението им (например от метални части) може да доведе до образуване на стоящи вълни и искрене. Ако това продължи дълго време, магнетронът може да се разруши. Затова при нагряване на много малки обекти се препоръчва да се добави чаша вода, която да поглъща енергията.

История[редактиране | edit source]

Осцилирането на електроните в магнетрон е било наблюдавано и описано за първи път от Аугустин Жачек, професор в Карловия Университет, Прага, макар че първият прост, двуполярен магнетрон, е разработен през 20-те години от Албърт Хол в лабораториите на Дженерал Електрик (Скенектъди, Ню Йорк). Това било част от изследванията му върху магнитния контрол на радиолампата.

При разработването на радарите по време на Втората световна война имало спешна нужда от генератор на микровълни с висока мощност и с по-къса дължина на вълната - около 10 cm (3 GHz) вместо 150 cm—(200 MHz), която била получавана от ламповите генератори по онова време. Известно е, че през 1935 Ханс Холман в Берлин разработил резонансен магнетрон с няколко кухини. Германските военни обаче не харесали нестабилността на честотата и вместо това използвали за радарите си клистрони. Тове е една от причините, поради които нощните бойни радари на германците не можели да се сравняват с английските.

През 1940 Джон Рандал и Нари Буут от Университета в Бирмингам изработили работещ прототип, подобен на магнетрона на Холман, но добавили течно охлаждане и по-здрава кухина. Скоро те успели да увеличат мощността му 100 пъти. Вместо да отписват магнетрона поради дрейфа на честотата, те следили изходния сигнал и синхронизирали приемника си към генерираната честота.

От тогава са произведени милиони магнетрони, някои от тях за радари, но основно за микровълнови фурни. Поради необходимостта от по-прецизни сигнали употребата на магнетроните в радарите намалява, а конструкторите се пренасочват към клистрони и лампи с бягаща вълна.

Приложения[редактиране | edit source]

Радар[редактиране | edit source]

В радарните устройства магнетронът служи за източник на електромагнитните вълни, като се използват много кратки импулси на подаваното напрежение и съответно се получават кратки импулси микровълново излъчване. Вълноводът е свързан с антена която излъчва насочен сноп радиовълни. Отразените от обекта вълни се връщат обратно и се улавят от приемник, като полученото изображение се изобразява върху екран.

Микровълнова фурна[редактиране | edit source]

Поради характерното взаимодействие на микровълните с молекулите на водата и мазнините, магнетронът се използва като източник на енергия за стопляне и готвене на храна. Предимствата на този вид енергия в сравнение с обикновеното топлинно нагряване е, че при микровълновата се постига нагряване едновременно в целия обем на храната.

Разпрашване[редактиране | edit source]

Едно важно промишлено приложение на магнетроните е при нанасянето на тънки слоеве чрез бомбардировката на катод от искания материал с ускорени йони. При бомбардировката на катода в условията на ниско налягане (вакуум) се излъчват (разпрашват) частици от материала, които се отлагат под формата на тънък слой върху желаната подложка. Използването на магнетрон при катода силно увеличава ефективността на процеса на разпрашване.

Виж също[редактиране | edit source]


Външни препратки[редактиране | edit source]

Информация
Патенти
Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното Лиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Cavity magnetron“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите.