Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[6]

В качестве наглядной иллюстрации можно привести аналогию из спортивной жизни: гавайский абориген, занимающийся серфингом может продолжительное время двигаться вместе с волной, находясь на ее гребне. На рис. 1.14 представлен случай, когда за время, необходимое дпя преодоления электроном расстояния между соседними резонаторами, фаза колебаний изменяется на 180°, ипи на к радиан. Подобная замедляющая система, свернутая в кольцо, используется в качестве анодного блока магнетронов.

1.3. Магнетроны

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

+

Рис. 1.15. Варианты движения электронов в постоянном электрическом поле

В первом случае (рис.1.15а) 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:

v = 6-105л/0 , м/сек, 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.

Еспи электрон влетает в попе со стороны анода (рис. 1.156), имея некоторую начальную скорость, то поле будет дпя 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 еспи, 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. 1.15в). 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. 1.16а), 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. 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.

пенс лю.

неге то pi

нач юте.

Рис. 1.16. Возникновение наведенных токов

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. 1.166. 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 про-тивофазе, 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 пер-


пендикулярно 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.1.17 показано, что происходит с электроном, который влетает с начальной скоростью Vo 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 е - масса и заряд электрона, Vo - скорость электрона, Н - напряженность магнитного поля.

Рис. 1.17. Воздействие постоянного магнитного поля на движущийся электрон

Конструкция магнетрона

Устройство магнетрона показано на рис. 1.18. 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 дпя увеличения эмиссии. Выводы катода через метаплокерамический переход и высокочастотный фильтр подключаются к внешнему разъему. Промежуток между анодом и катодом, называемый пространством взаимодействия, с торцов ограничен металпическими пластинами, препятствующими выходу электронов и СВЧ попя из этого пространства. Дпя 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. Для более интенсивного охлаждения магнетрона анодный блок окружен радиатором. Для снижения паразитного излучения в месте соединения магнетрона с внешней цепью имеется металлическая оплетка. СВЧ фильтр состоит из катушек индуктивности на феррито-вом сердечнике и проходных конденсаторов.



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87]