Что такое магнетрон. Как работает микроволновка и как правильно с ней обращаться? Система защиты и блокировки 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.

Микроволновая печь (СВЧ), в настоящее время, пользуется большой популярностью, она является самым востребованным кухонным прибором. С помощью микроволновой печи можно не только разогреть или приготовить еду, но и произвести размораживание продуктов и даже продезинфицировать некоторые кухонные принадлежности, не содержащие металл. Данный прибор стал сегодня совершенно обыденным.

Микроволновая печь – это бытовой электрический прибор, который предназначен, в основном, для приготовления или же подогрева пищи в быстром режиме. Используют микроволновки и некоторых производствах, где нужно разогревать необходимых материалов.

В отличие от обычных печей, разогрев разных продуктов в данном устройстве происходит довольно-таки быстро, так как радиоволны способны проникать глубоко внутрь продуктов. Это кардинально сокращает разогрев любого продукта и способствует сохранению всех полезных веществ в нем.

Устройство всех СВЧ-печей состоит, как правило, из одинаковых компонентов. Конструкция микроволновок имеет основные и вспомогательные элементы. Внешний вид этих приборов может быть очень разнообразным. Размеры, расцветки и функции могут отличаться, у каждой отдельной печи, они могут быть разными.

Строение микроволновой печи:

• Камера, оснащенная вращающимся подиумом;
• Магнетрон, является главным элементом – СВЧ-излучатель;
• Трансформатор;
• Металлический корпус с дверцей, которая блокируется при работе прибора;
• Схема управления и коммуникаций;
• Волновод.

Так же внутри микроволновка должна быть оборудована вентилятором. Назначение его очень велико, так как без него не будет работать сам прибор. Такое устройство обеспечивает прекрасную работу магнетрона и охлаждает электронные схемы.

Как работает микроволновая печь: ее разновидности

Работа микроволновой печи очень проста, она основана на СВЧ-излучении. Сердцем каждой микроволновки является такой элемент, как магнетрон. Он и есть источником излучения. Частота микроволн составляет примерно 2450 мГц, а мощность современных микроволновок может равняться 700 – 1000 Вт. Работает такая печь от электричества.

Чтобы магнетрон хорошо работал и не перегревался, рядом с ним устанавливают вентилятор. Он же и занимается циркуляцией воздуха внутри самой печи и способствует равномерному обогреву пищи или продуктов.

Микроволны попадают в печь по волноводу, а затем стенки, которые изготовлены из металла, отражают само магнитное излучение. Излучение, проникая глубоко в продукты, заставляют их молекулы очень быстро двигаться. Эти действия способствуют трению, вследствие чего и выделяется тепло (присутствует физика). Это тепло и будет разогревать продукты.

Разновидности электроприборов:

• С грилем;
• Печь с конвекцией;
• Устройство с инверторным управлением;
• Прибор с микроволнами, которые распределяются равномерно;
• Мини-микроволновка.

Главное достоинство всех микроволновок – это дизайн. Рынок предоставляет огромный выбор приборов, можно выбирать, как модель стильную, так и эргономичную. Описание этих моделей позволит вам выбрать понравившуюся модель, которая станет не просто украшением кухни, а и его изюминкой. Примером может стать микроволновка фирм Самсунг.

Блок управления: принцип работы микроволновки

У каждой микроволновки есть такой немало важный элемент, как блок управления. Он в свою очередь выполняет две основные функции: поддерживает заданную мощность и отключает прибор, когда установленное время истекло. На сегодняшний день, технологии разработали новый вид этого элемента – электронный.

Сегодня электронный блок может поддерживать не только основные свои функции, но и некоторые дополнительные. Некоторые из них нужные, а другие совсем не понадобятся. У многих современных моделей есть наличие гриля, им так же управляет блок управления.

На сегодня, командный блок оснащен разными микропроцессорами, которые, в свою очередь, поддерживают функциональность других программ. Поэтому блок питание и может отвечать за работу дополнительных функций.

Дополнительные сервисные функции:

• Встроенные часы;
• Индикатор мощности;
• Автоматическая разморозка;
• Звуковой сигнал, который определяет законченную операцию.

Электронный блок тесно связан с индикаторной панелью и клавиатурой. Важнейшей деталью такого блока является релейный блок. Он отвечает за работу вентилятора, конвектора, встроенной лампы и даже магнетрона.

Частота микроволновки: магнетрон и его составляющие

Принцип работы СВЧ-печи заключается в том, что магнетрон при включении микроволновки, начинает выделять энергию, а затем уже она преобразовывается в тепло. Это тепло идет на обогрев продуктов. Магнетрон переводится, как электровакуумный диод, который состоит из медного анода. Это самая дорогая деталь печи.

Разогрев пищи, которая находится внутри микроволновки, происходит под воздействием электромагнитного излучения, то есть радиоволн сверхвысокой частоты. За счет того, что радиоволны проникают внутрь разогреваемого продукта глубоко, он подогревается очень быстро и эффективно.

Расшифровка магнетрона – это устройство, которое производит огромное количество теплоты, за счет частоты излучения. Частота излучения равняется 2,4 ГГц. Коэффициент полезного действия (КПД) магнетрона составляет 80%, а потребляемая мощность данного вида печи при излучении может составлять 1100 Вт.

Устройство магнетрона состоит из таких деталей:

• Цилиндрический анод – это его основа, состоящая их 10 секторов, каждая из них сделана из меди;
• В центре располагается катод с нитью накаливания;
• Торцевые части заняты магнитами, они создают необходимое для излучения магнитное поле;
• Выведенная к антенне, которая излучает энергию, проволочная петля.

С помощью антенны-излучателя энергия попадает сначала в волновод, а затем в камеру печи. Напряжение, которое поступает к аноду, составляет 4 тыс. Вт, нити накала – 3 тыс. Вт. Корпус магнетрона находится в радиаторе из пластика, где встроенный вентилятор, обдувает его воздухом, а специальный предохранитель отвечает за его перегрев.

Устройство и принцип работы микроволновой печи (видео)

С английского языка такое высказывание Microwave oven, можно расшифровать как микроволновая печь. Данная конструкция представляет собой бытовой прибор, который работает от электричества и отличается тем, что размораживает или подогревает продукты очень быстро. Происходит это за счет СВЧ-излучения.

Как именно работает микроволновая печь? Что заставляет нагреваться еду, воду и другие вещества, в то время как воздух или стекло в микроволновке почти не нагреваются? Как правильно обращаться с микроволновкой, чтобы не испортить ее саму и приготавливаемое блюдо? Ответы на эти вопросы вы найдете в нашей статье!

Принцип работы микроволновки

Правильное полное название микроволновки – печь с токами сверхвысокой частоты (СВЧ). Внутри нее (за приборной панелью) есть специальное устройство для излучения радиоволн – магнетрон, что можно увидеть из схемы:

Когда работает магнетрон, выделяемые им электромагнитные колебания определенной частоты заставляют дипольные молекулы внутри печи колебаться с той же частотой. Самой распространенной в природе дипольной молекулой является молекула воды (в продуктах – еще жиры и сахара). На молекулярном уровне высокая частота колебаний превращается в повышение температуры, поэтому любые продукты с высоким содержанием воды быстро разогреваются. Если же молекул воды внутри продуктов (или материалов) очень мало или нет совсем, нагрев почти не происходит.

Глубина проникновения микроволн небольшая – 2-3 сантиметра, однако поверхность приготовляемого блюда СВЧ-волны пронзают легко, а в глубине они встречают сопротивление молекул воды, поэтому продукт фактически прогревается изнутри.

Любые токопроводящие материалы внутри микроволновки нагреваются. Разная способность проводить ток в нашем случае обозначает разную скорость нагревания.

Чтобы нагрев продуктов происходил равномерно, используется несколько подходов:

• Диск из жаропрочного стекла в нижней части СВЧ-печи . Он вращается вместе с блюдом, подставляя под излучение магнетрона все его стороны.
• Микроволны . Они подаются по специальному волноводу (широкой трубке) от магнетрона на вращающийся отражатель, расположенный обычно в верхней части СВЧ-печи. В таких микроволновках можно разогревать неподвижные блюда большого размера и веса.

Еще бывают так называемые инверторные СВЧ-печи. Они отличаются от обычных моделей тем, что магнетрон работает непрерывно, но со снижением потребляемой мощности. Это достигается за счет использования в печи так называемого инвертора (преобразователя постоянного тока в переменный) вместо традиционного трансформатора.

В инверторных печах лучше сохраняются витамины, и меньше разрушается структура поверхности блюда, но принципиальной разницы нет.

Во многих моделях микроволновок магнетрон закрыт специальной полупрозрачной пластинкой. Она прозрачна для СВЧ-лучей, но не позволяет пару, брызгам жира и прочим посторонним веществам попадать внутрь микроволновки через отверстие в экранировании. Не вынимайте эту пластину, а если это требуется для чистки от жира, то после полного высыхания обязательно верните на место.

Всё о чистке микроволновой печи ищите в этой статье: .

Несмотря на распространенное мнение, СВЧ-излучение не убивает микробы. По крайней мере, научно это не доказано. С другой стороны, комплексное воздействие высокой температуры и микроволн на молекулы воды внутри бактерий и вирусов в течение нескольких минут уменьшает их количество многократно, а с теми, что остались, ваша иммунная система справляется самостоятельно.

Частота работы микроволновки

Большинство магнетронов излучает волны на частоте 2450 МГц (мегагерц, или миллионов колебаний в секунду). Это волны дециметровой длины (длиной в 12,25 см). Некоторые промышленные установки, например в США, работают с частотой 915 МГц. Вынужденные колебания молекул воды не являются резонансными колебаниями, так как для них резонансная частота на порядок выше – 22,24 ГГц (гигагерц, или миллиардов колебаний в секунду).

Бояться вредного излучения от микроволновки не надо. Первый массовый выпуск микроволновок был произведен в Японии фирмой «Sharp» в 1962 г. С тех пор прошло очень много лет, десятки миллионов японцев десятилетиями разогревают еду в СВЧ-печах и при этом средняя продолжительность жизни японцев является предметов зависти всего мира.

На дистанции в полметра от СВЧ-печи воздействие микроволн ослабевает в 100 раз, поэтому при опасении получить облучение достаточно держаться от микроволновки на расстоянии вытянутой руки.

Больше информации о влиянии микроволновой печи на человека вы можете найти . Только научные факты!

Как работает гриль в микроволновке?

Гриль позволяет вам жарить продукты в СВЧ-печи с помощью обычного жара, а не микроволн. Именно она делает на блюдах аппетитную корочку, которая при обычной СВЧ-обработке не появляется.

Спираль гриля находится в верхней части печи и бывают двух видов:

• ТЭНы (теплоэлектронагреватели). ТЭН – это металлическая трубка, внутри которой находится тонкая спираль из сплава никеля и хрома. Через спираль проходит ток, и она нагревается.
• Кварцевые . Кварцевый гриль – это тоже ТЭН, только вместо металлической трубки – стеклянная оболочка, между спиралью и трубкой – изолирующий кварцевый песок.

Обычные металлические ТЭНы часто можно регулировать – перемещать к задней стенке или опускать, зато стеклянную поверхность кварцевого гриля легче чистить (жир и нагар не въедается в стекло так, как в металл).

Бывают конструкции СВЧ-печей с грилем и конвекцией. Конвекция – это просто обдув горячим воздухом вашего блюда во время приготовления. Для такого обдува в микроволновке устанавливают вентилятор, сдувающий разогретый воздух от спирали гриля в сторону блюда.

Большинство моделей микроволновок позволяют одновременно использовать и ТЭН, и СВЧ. Однако имейте в виду, что такая комбинация может сильно нагревать розетку и провода в вашем помещении.

Читайте в следующей статье о принципах выбора микроволновой печи под свои запросы: .

Инструкция по работе с микроволновой печью

Чтобы правильно обращаться со своей микроволновой, нужно внимательно подходить ко всем пунктам – начиная с выбора посуды и заканчивая правильным выключением после применения.

Какую посуду использовать?

Лучший материал для разогрева в микроволновке – жаропрочная стеклянная посуда. Также хорошо подходят фарфор и другие керамические изделия, бумага (картон). Сквозь них микроволны проходят очень легко и почти не нагревают их. А вот от посуды из следующих материалов надо отказаться:

• Пластика . Хорошо пропускает СВЧ-излучение, но из-за токсичных компонентов при изготовлении (например, пенополистирол) может представлять опасность для вашего здоровья.
• Металла. Они проводят электрический ток, не пропуская микроволны. Так что приготовить или просто разогреть блюдо в алюминиевой кастрюле или чугунном горшке не получится. Металл просто не пропустит электромагнитные волны к продуктам, и они останутся холодными. Сам металл при этом, конечно, нагреется, и от его тепла могут нагреться и продукты. Но это может привести к поломке СВЧ-печи, да и ждать приготовления блюда придется долго. Инструкцию по ремонту микроволновых печей читайте .

Некоторые материалы могут содержать металлы, и об этом заранее бывает трудно догадаться. Например, это хрусталь. Так стоит внимательно на ярлыке прочитать, какие материалы использовались при производстве конкретной посуды.

• Меламина . Это легкий и красивый материал для посуды, похожий на фарфор, но его нельзя ставить в СВЧ-печь. Дело в том, что при нагреве он выделяет токсины, опасные для вашего здоровья.

Что касается формы посуды, то она может быть любой, но не с узким горлом, поскольку при использовании для разогрева в микроволновке она может быть опасной. Дело в том, что некоторые жидкости нагреваются до температуры кипения, но бурного перемешивания внутри объема при этом не происходит. А вот когда вы достанете такой кувшин или колбу из СВЧ-печи, жидкость мгновенно взбурлит, кипящая пена выльется из емкости, и можно получить ожог. Например, так ведут себя при некоторых условиях дистиллированная вода и некоторые очищенные масла растительного происхождения.

Правильное обращение с продуктами

Изначально стоит точно определить, что нельзя размораживать в микроволновке:

• Сливочное масло . Если его положить в микроволновку и оставить надолго, оно не просто растает, а еще и вскипит, испачкав всю печь изнутри. Так происходит потому, что внутри масла есть не только собственно масло, но и вода. Она вскипает при 100 градусах, а масло примерно при 120. Так что вода может перейти в пар еще до таяния масла, и водяной пар разнесет масло по всей печке.

Примерно то же самое может происходить с другими продуктами, которые иногда нужно растопить, например, с шоколадом, поэтому это лучше делать не в микроволновке, а на пару.

• Продукты с плотной оболочкой . Например, это яйца, помидоры, цельная печень птицы. При нагреве некоторая часть воды не просто постепенно нагревается, а сразу превращается в пар. Если греть продукты долго, то еще больше пара образуется от прямого нагрева. Этому пару некуда выйти, поэтому давление внутри емкости растет и приводит к взрыву.
• Герметично закрытую посуду . Например, консервы и бутылки. Причина та же, что и в предыдущих пунктах – высока вероятность взрыва.

• Сосиски, плотно упакованные в оболочку, перед СВЧ-разогревом обязательно нужно проткнуть вилкой, чтобы создать отверстия для выхода пара, иначе он разворотит сосиски изнутри.
• В яйцах и другие продуктах нужно разрушить все внешние и внутренние оболочки, например, сделать омлет или разрезать печень.
• Для варки яиц и других продуктов в микроволновке используются специальные кастрюльки с экранированием. В нее наливается вода, она-то и греется от СВЧ-волн, а до яиц электромагнитное излучение не доходит – их закрывает экран.
• Если в микроволновку ставится небольшое по объему блюдо, следует добавить к нему обычный стакан с водой. Так вы избежите перегрева магнетрона.
• Любые жидкие блюда в микроволновке лучше посолить заранее, а не после приготовления. Так вы сэкономите время и электроэнергию. Дело в том, что дистиллированная (несоленая) вода в микроволновке греется и закипает, но дольше, чем обычная вода.
• Очень сильно замороженный продукт (мясо, например) будет размораживаться в микроволновке довольно долго, и включать СВЧ-печь при этом нужно на минимальную мощность. Причина в том, что молекулы льда – не молекулы воды, СВЧ-волны не расшатывают их так интенсивно. Кроме того, молекулы льда образуют достаточно жесткую структуру и их не так легко «раскачать», как молекулы воды.

Сухой хлеб часто рекомендуют «размягчить» в микроволновке, но он может загореться при длительном воздействии и максимальной мощности СВЧ-излучения . Это же может произойти даже с попкорном, рассчитанным на приготовление именно в микроволновке. Следовательно, когда в микроволновую печь помещаются такие продукты, нужно быть бдительным.

Правила включения/выключения

Нельзя включать пустую микроволновку, тем более на полную мощность:

1. Внутри печи все стенки (и даже дверца) являются специальным металлизированным экраном, отражающим микроволны обратно внутрь микроволновки. Единственное место, где нет экрана – отверстие для выхода электромагнитных волн из магнетрона.
2. Когда на поддоне находятся продукты, микроволны расходуют свою энергию на нагрев этих продуктов. Если же энергию впитывать нечему, СВЧ-излучение отражается от стенок экранирующих поверхностей, при этом плотность волн возрастает все больше.
3. СВЧ-излучение попадает обратно в магнетрон, и если он состоит из металла, то просто перегреется и может выйти из строя.

Считается, что после разогрева блюда в СВЧ-печи лучше дать ему постоять 3-5 минут. Тогда успевают нейтрализоваться так называемые «свободные радикалы», то есть части молекул, распавшихся на части под воздействием микроволн.

Видео: Как работает микроволновка?

Все вышесказанное о принципе работы устройства хорошо иллюстрируется в следующем видео:

После прочтения нашей статьи вы стали намного лучше разбираться в принципе работы СВЧ-печи. Теперь вы знаете, что она может делать лучше обычной духовки и электроплитки, а что не может, и какие действия вообще недопустимы при работе с микроволновкой.

Вконтакте

Магнетроны называются электронные приборы, в которых образуются колебания сверхвысокой частоты при помощи модуляции потока электронов. Магнитные и электрические поля в нем действуют с большой силой. Наиболее распространенная модификация магнетрона – это многорезонаторный.

Впервые магнетрон был создан в Америке в 1921 году. С течением времени эксперименты с ним продолжались. В результате появилось множество видов магнетронов, использующихся в радиоэлектронике. В 1960 году приборы стали использоваться в печах сверхвысокой частоты для домашнего применения. Менее распространены клистроны, платинотроны, которые основаны на этом же принципе действия.

Устройство и принцип работы

1 — Анод
2 — Катод
3 — Накал
4 — Резонансная полость
5 — Антенна

Магнетроны резонансного типа состоят из:

• Анодный блок . Представляет собой толстостенный металлический цилиндр с полостями в стенках. Эти полости являются объемными резонаторами, которые создают колебательную кольцевую систему.
• Катод . Он имеет цилиндрическую форму. Внутри него размещен подогреватель.
• Внешние электромагниты или постоянные магниты . Они создают магнитное поле, которое параллельно оси прибора.
• Проволочная петля . Она применяется для вывода сверхвысоких частот, и закреплена в резонаторе.

Резонаторы создают кольцевую систему колебаний. Возле них пучки электронов воздействуют на электромагнитные волны. Так как эта система выполнена замкнутой, то она способна возбудиться только на определенных частотах колебаний. При нахождении рядом с рабочей частотой других частот, случается перескакивание частоты и нарушается стабильность работы устройства.

Чтобы исключить такие отрицательные эффекты магнетроны с одинаковыми резонаторами оснащаются разными связками, либо используются магнетроны с отличающимися размерами резонаторов.

Магнетроны разделяют по виду резонаторов:

• Лопаточные.
• Щель-отверстие.
• Щелевые.

В магнетронах применяется движение электронов в перпендикулярных магнитных и электрических полях, созданных в зазоре кольца между анодом и катодом. Между ними подается напряжение (анодное), которое образует радиальное электрическое поле. Под воздействием этого поля электроны вырываются из нагретого катода и устремляются к аноду.

Анодный блок находится между полюсов магнита, образующего магнитное поле, которое направлено вдоль оси магнетрона. Магнитное поле действует на электрон и отклоняет его на спиральную траекторию. В промежутке между анодом и катодом создается вращательное облако, похожее на колесо со спицами. Электроны возбуждают в объемных резонаторах колебания высокой частоты.

Отдельно каждый резонатор является колебательной системой. Магнитное поле концентрируется внутри полости, а электрическое поле сосредоточено у щелей. Энергия выводится из магнетрона с помощью индуктивной петли. Она размещена в соседних резонаторах. Электроэнергия подключается к нагрузке коаксиальным кабелем.

Нагревание токами высокой частоты производится в волноводах различного сечения, либо в объемных резонаторах. Также нагревание может производиться электромагнитными волнами.

Приборы работают от выпрямленного тока по простой схеме выпрямления. Устройства небольшой мощности способны работать от переменного тока. Рабочая частота тока магнетронов может достигать 100 ГГц, мощностью до нескольких десятков киловатт в постоянном режиме, и до 5 мегаватт в режиме импульсов.

Устройство магнетрона довольно простое. Его стоимость невысока. Поэтому такие качества в сочетании с повышенной эффективностью нагревания и разнообразным использованием высокочастотных токов открывают большие возможности использования в разных сферах жизни.

Основные виды магнетронов

• Многорезонаторные устройства . Они содержат анодные блоки с несколькими резонаторами. Блоки состоят из различного вида резонаторов. В диапазоне 10 см длины волны магнетрон обладает КПД 30%. Выход излучения высокой частоты осуществляется сбоку в щель резонатора.
• Обращенные устройства . Они бывают двух исполнений: коаксиальные и обычные. Такие магнетроны способны выдать импульсы высокой частоты 700 наносекунд с энергией 250 джоулей. Коаксиальный вид магнетрона содержит стабилизирующий резонатор. В нем имеются отверстия во внешней стенке, а также ферритовые стержни с подмагничивающими катушками.

Сфера использования магнетронов

• В устройствах радаров антенна подключена к волноводу. Она, по сути, является щелевым волноводом, или рупорным коническим облучателем вместе с отражателем в виде параболы (тарелка). Управление магнетрона осуществляется с помощью коротких мощных импульсов напряжения. В итоге образуется короткий импульс энергии с малой длиной волны. Малая часть такой энергии поступает снова на антенну и волновод, и далее к чувствительному приемнику. Сигнал обрабатывается и поступает на электронно-лучевую трубку на экран радара.
• В бытовых микроволновых печах волновод имеет отверстие, которое не создает препятствие радиочастотным волнам в рабочей камере. Важным условием работы микроволновки является условие, чтобы при работе печи в камере находились какие-либо продукты. При этом микроволны поглощаются продуктами, и не возвращаются на волновод. Стоячие волны в микроволновой печи могут искрить. При долгом искрении магнетрон может выйти из строя. Если в микроволновке мало продуктов для приготовления, то лучше дополнительно поместить в камеру стакан с водой для лучшего поглощения волн.

1 — Магнетрон
2 — Высоковольтный конденсатор
3 — Высоковольтный диод
4 — Защита
5 — Высоковольтный трансформатор

• В радиолокационных станциях используются коаксиальные магнетроны с быстрым изменением частоты. Это позволяет расширить тактико-технические свойства локаторов.

Выбор и приобретение магнетрона

Чтобы самому приобрести магнетрон для , необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры.

Наиболее малую мощность имеет магнетрон 2М 213. Его мощность составляет 700 ватт при нагрузке и 600 ватт номинальная.

Приборы средней мощности в основном изготавливают на 1000 ватт. Марка такого магнетрона – 2М 214.

Наибольшая мощность магнетрона у модели 2М 246.

Показатель мощности у них равен 1150 ватт. Перед приобретением необходимо сопоставить цену магнетрона со стоимостью всей печи, и не забыть о стоимости работ по ремонту. Возможно, что не будет смысла в ремонте.

Можно ли магнетрон заменить самостоятельно?

Для разных моделей микроволновок можно устанавливать магнетрон других фирм изготовления. Главное, чтобы он подходил по мощности, в настоящее время не проблема приобрести его в торговой сети. Исключение составляют модели, которые уже сняты с производства.

Однако, даже если вы разобрались в устройстве микроволновки, то не рекомендуется заниматься заменой деталей в домашних условиях, так как этим должны заниматься квалифицированные специалисты, способные обеспечить безопасную работу устройства. К тому же, сделать это самостоятельно будет довольно проблематично.

Работа микроволновки

Пища имеет в составе воду, которая состоит из заряженных частиц. Продукты в микроволновой печи разогреваются посредством воздействия на них волн высокой частоты. Молекулы воды выступают в качестве диполя, так как проводят волны электрического поля.

Впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в чехословацкий физик А. Жачек.

Действующие магнетронные генераторы радиоволн были созданы независимо и почти одновременно в трех странах: в Чехословакии (Жачек, 1924 г.), в СССР (А.А. Слуцкин и Д.С. Штейнберг, 1925 г.), в Японии (Окабе и Яги, 1927 г.).

Французский ученый Морис Понт с сотрудниками из парижской фирмы «КСФ» в 1935 году создали электронную лампу с вольфрамовым катодом, окруженным резонаторными анодными сегментами. Она была предшественницей магнетронов с резонаторными камерами.

Конструкция многорезонаторного магнетрона Алексеева - Малярова, обеспечивающего 300-ваттное излучение на волне 10 сантиметров, созданного в 1936-39 гг., стала известна мировому сообществу благодаря публикации 1940 г. (Alexeev Н. F., Malyarov Д. Е. Getting powerful vibrations of magnetrons in centimeter wavelength range // Magazine of Technical Physics. 1940. Vol. 10. No. 15, P. 1297-1300.)

Своим появлением на свет многорезонаторный магнетрон Алексеева - Малярова обязан радиолокации. Работы по радиолокации были развернуты в СССР почти одновременно с началом радиолокационных работ в Англии и США. По признанию зарубежных авторов, к началу 1934 года СССР продвинулся в этих работах более, чем США и Англия. (Brown, Louis. A Radar History of World War II . Technical and Military Imperatives. Bristol: Institute of Physics Publishing, 1999. ISBN 0-7503-0659-9 .)

В 1940 британские физики Джон Рэндалл (англ. John Randall ) и Гарри Бут (англ. Harry Boot ) изобрели резонансный магнетрон Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты . Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры , что позволило устанавливать ее на самолетах .

Явление перестройки частоты магнетрона напряжением впервые обнаружили в 1949 американские инженеры Д. Уилбур и Ф. Питерс. Магнетрон, настраиваемый напряжением, или митрон - генераторный прибор магнетронного типа, рабочая частота которого в широком диапазоне изменяется пропорционально анодному напряжению.

Магнетроны бывают как неперестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в секунду) - ротационные и вибрационные механизмы.

Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Конструкция

Магнетрон в продольном сечении

Резонансный магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющими роль объёмных резонаторов . Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему . К анодному блоку закрепляется цилиндрический катод . Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле , параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля, закреплённая в одном из резонаторов, или отверстие из резонатора наружу цилиндра.

Резонаторы магнетрона образуют кольцевую колебательную систему, около 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. Такая система имеет не одну, а несколько резонансных частот, при которых на кольцевой колебательной системе укладывается целое число стоячих волн от 1 до N/2 (N - число резонаторов). Наиболее выгодным является вид колебаний, при котором число полуволн равно числу резонаторов (так называемый π-вид колебаний). Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π .

Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающиеся 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).

Отдельные модели магнетронов могут иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

Принцип работы

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.

Применение

В радарных устройствах волновод подсоединён к антенне, которая может представлять собой как щелевой волновод, так и конический рупорный облучатель в паре с параболическим отражателем (так называемая «тарелка»). Магнетрон управляется короткими высокоинтенсивными импульсами подаваемого напряжения, в результате чего излучается короткий импульс микроволновой энергии . Небольшая порция этой энергии отражается обратно антенне и волноводу, где она направляется к чувствительному приёмнику. После дальнейшей обработки сигнала он, в конце концов, появляется на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) в виде радарной карты А1.

В микроволновых печах волновод заканчивается отверстием, прозрачным для радиочастот (непосредственно в камере для готовки). Важно, чтобы во время работы печи в ней находились продукты. Тогда микроволны поглощаются вместо того, чтобы отражаться обратно в волновод, где интенсивность стоячих волн может вызвать искрение. Искрение, продолжающееся достаточно долго, может повредить магнетрон. Если в микроволновой печи готовится небольшое количество пищи, лучше поставить в камеру ещё и стакан воды для поглощения микроволн.

Источники