Body diskuse: Magnetronová mikrovlnná trouba
- Úvod do mikrovlnné trouby Magnetron
- Stručná historie magnetronové mikrovlnné trouby
- Aplikace magnetronu
- Konstrukce magnetronu
- Provoz uvnitř Magnetronu
- Zdravotní obavy z magnetronů
Úvod do magnetické mikrovlnné trouby | Co je Magnetron?
Magnetron je druh mikrovlnné trubice. Než začneme diskutovat o magnetronu a souvisejících tématech, podívejme se na některé základní definice.
Mikrovlnné trubice: Mikrovlnné trubice jsou zařízení, která generují mikrovlnné trouby. Jsou to elektronová děla, která vyrábějí trubice s lineárním paprskem.
Definice Magnetronu je nyní uvedena jako -
Magnetron: Magnetron je typ vakuové trubice, která generuje signály mikrovlnného frekvenčního rozsahu pomocí interakcí magnetického pole a elektronových paprsků.
Magnetronová elektronka spotřebovává vysoký výkon a její frekvence závisí na fyzickém rozměru dutin elektronek. Mezi magnetronem a jinými typy mikrovlnných trubic je hlavní rozdíl. Magnetron funguje pouze jako oscilátor, ale ne jako zesilovač, ale a Klystron (mikrovlnná trubice) může fungovat jako zesilovač a jako oscilátor.
Stručná historie magnetronové mikrovlnné trouby
Společnost Siemens Corporation vyvinula vůbec první magnetron v roce 1910 pod vedením vědce Hanse Gerdiena. Švýcarský fyzik Heinrich Greinacher zjišťuje myšlenku pohybu elektronů ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli z vlastních neúspěšných experimentů výpočtu hmotnosti elektronů. Matematický model vytvořil kolem roku 1912.
Ve Spojených státech začal Albert Hull pracovat na řízení pohybů elektronů pomocí magnetického pole namísto konvenčního elektrostatického pole. Experiment byl zahájen s cílem obejít patent „triody“ společnosti Western's Electric.
Hull vyvinul zařízení téměř jako Magnetron, ale neměl v úmyslu generovat signály mikrovlnných frekvencí. Český fyzik August Žáček a německý fyzik Erich Habann nezávisle zjistili, že Magnetron může generovat signály s frekvencemi mikrovlnného rozsahu.
Vynález a zvýšená popularita RADARU zvýšily poptávku po zařízeních, která mohou vyrábět mikrovlnné trouby na kratších vlnových délkách.
V roce 1940 vyvinuli Sir John Randall a Harry Boot z University of Birmingham funkční prototyp dutinového magnetronu. Na začátku zařízení produkovalo přibližně 400 wattů. Další vývoj, jako je vodní chlazení a několik dalších vylepšení, zvýšil produkovaný výkon od 400 W do 1 kW a poté až na 25 kW.
Vyskytl se problém související s frekvenční nestabilitou v magnetronu vyvinutou britskými vědci. V roce 1941 tento problém vyřešil James Sayers.
Aplikace magnetronu
Magnetron je prospěšné zařízení, má několik aplikací v různých oblastech. Pojďme si o některých z nich promluvit.
- Magnetrony v radaru: Použití Magnetronu pro radar používaný ke generování krátkých pulzů vysoce výkonných mikrovlnných frekvencí. K jakékoli anténě uvnitř radaru je připojen magnetronový vlnovod.
- Existuje několik faktorů Magnetronu, které Radaru komplikují. Jedním z nich je problém související s frekvenční nestabilitou. Tento faktor generuje problém frekvenčních posunů.
- Druhá charakteristika spočívá v tom, že magnetron produkuje signály o síle širší šířky pásma. Přijímač by tedy měl mít širší šířku pásma, aby je mohl přijímat. Nyní, s širší šířkou pásma, přijímač také přijímá nějaký druh šumu, který není žádoucí.
- Magnetronové topení | Mikrovlnné trouby Magnetron: Magnetrony se používají ke generování mikrovln, které se dále využívají k ohřevu. Uvnitř mikrovlnné trouby nejprve magnetron produkuje mikrovlnné signály. Poté, vlnovod přenáší signály do RF transparentního portu do potravinové komory. Komora má pevný rozměr a také blízko magnetronu. Proto jsou vzory stojatých vln náhodně uspořádány otáčivým motorem, který otáčí potraviny uvnitř komory.
- Magnetronové osvětlení: K dispozici je spousta zařízení, která se rozsvítí pomocí buzení Magnetron. Zařízení jako sirná lampa je ukázkovým příkladem takového světla. Uvnitř zařízení vytváří magnetron mikrovlnné pole, které je prováděno vlnovodem. Poté je signál veden dutinou vyzařující světlo. Tyto typy zařízení jsou složité. V dnešní době se nepoužívají místo povrchnějších prvků, jako je nitrid galia (GaN), nebo se používají HEMT.
Konstrukce magnetronu
V této části probereme fyzickou konstrukci a komponenty Magnetronu.
Magnetron je seskupen jako dioda, když je nasazen na mřížce. Anoda magnetronu je zasazena do bloku válcového tvaru, který je vyroben z mědi. Ve středu trubice jsou vlákna s vláknovým vodičem a katodou - vodiče s vlákny pomáhají udržovat katodu a vlákno s ní spojené ve středu. Katoda je vyrobena z vysoce emisního materiálu a je pro provoz zahřívána.
Trubice má 8 až 20 rezonančních dutin, což jsou válcové otvory po jejím obvodu. Vnitřní struktura je rozdělena do několika částí: počet dutin přítomných v trubici. Rozdělení trubice se provádí úzkými štěrbinami spojujícími dutiny se středem.
Každá dutina funguje jako a paralelní rezonanční obvod kde vzdálená stěna bloku anodové mědi funguje jako induktor. Oblast špičky lopatky je považována za kondenzátor. Nyní rezonanční frekvence obvodu závisí na fyzických rozměrech obvodu rezonátoru.
Je zřejmé, že pokud rezonanční dutina začne kmitat, vzrušuje ostatní rezonanční dutiny a začnou také kmitat. Každá dutina však sleduje jednu vlastnost. Pokud dutina začne kmitat, další dutina začne kmitat se zpožděním fáze 180. To platí pro každou dutinu. Nyní řada oscilací vytváří pomalou vlnovou strukturu, která je samostatná. Proto je tento typ konstrukce Magnetron také známý jako „Multi-Cavity Traveling Wave Magnetron“.
Katoda dodává elektrony nezbytné pro mechanismus přenosu energie. Jak již bylo zmíněno dříve, katoda je ve středu trubice, dále nastavená vláknovými vodiči. Mezi katodou a anodou je zvláštní otevřený prostor, který je třeba udržovat; jinak to způsobí poruchu zařízení.
K dispozici jsou čtyři typy uspořádání dutin. Oni jsou -
- Slot typu
- Lopatkový typ
- Typ vycházejícího slunce
- Typ otvoru a drážky
Provoz mikrovlnné trouby Magnetron
Magnetron prochází v některých fázích generováním signálů mikrovlnných frekvenčních rozsahů. Fáze jsou uvedeny níže.
- Fáze 1: Generování a zrychlení elektronového paprsku
- Fáze 2: Řízení rychlosti a změny elektronového paprsku
- Fáze 3: Generace „Space Charge Wheel“
- Fáze 4: Transformace energie
Ačkoli je název fází dostatečně orientační, abychom mohli diskutovat o událostech, ty se vyskytují v každé fázi.
Fáze 1: Generování a zrychlení elektronového paprsku
Katoda uvnitř dutiny má negativní polaritu napětí. Anoda je udržována v radiálním směru od katody. Nyní nepřímý ohřev katody způsobuje tok elektronů směrem k anodě. V době generování není v dutině přítomné žádné magnetické pole. Ale po generaci elektronu ohýbá slabé magnetické pole dráhu elektronů. Dráha elektronu se ostře ohne, pokud se síla magnetického pole dále zvyšuje. Nyní, pokud se zvýší rychlost elektronů, bude ohyb znovu ostřejší.
Fáze 2: Řízení rychlosti a změny elektronového paprsku
K této fázi dochází uvnitř střídavého pole dutiny. AC pole se nachází od sousedních anodových segmentů po katodovou oblast. Toto pole zrychluje tok elektronového paprsku, který proudí směrem k anodovým segmentům. Elektrony, které proudí směrem k segmentům, se zpomalí.
Fáze 3: Generování „Space Charge Wheel“
Toky elektronů ve dvou různých směrech se samostatnými rychlostmi způsobují pohyb známý jako „vesmírné nábojové kolo“. To pomáhá zvýšit koncentraci elektronů, což dále dodává dostatek energie pro vysokofrekvenční oscilace.
Fáze 4: Transformace energie
Nyní, po generování elektronového paprsku a jeho zrychlení, pole získává energie. Elektrony také vydávají určitou energii do pole. Při cestování z katodových elektronů vydává energii v každé dutině, kterou prochází. Ztráta energie způsobí snížení rychlosti a nakonec zpomalení. Nyní k tomu dochází několikrát. Uvolněná energie se efektivně využívá a dosahuje se až 80% účinnosti.
Zdravotní obavy z mikrovlnné trouby Magnetron
Magnetronová mikrovlnná trouba produkuje mikrovlnné signály, které mohou způsobovat lidské tělo. Některé magnetrony sestávají z thoria ve svém vláknu, které je radioaktivním prvkem a není dobré pro člověka. Prvky jako oxidy berylia a izolátory vyrobené z keramiky jsou také nebezpečné, pokud jsou rozdrceny a vdechovány. To může mít vliv na plíce.
Existuje také možnost poškození v důsledku přehřátí magnetronových mikrovlnných trub. Magnetrony vyžadují vysoké napájecí napětí zásoby. Existuje tedy také možnost úrazu elektrickým proudem.
Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –