磁控管結(jié)構(gòu)及工作原理

　　磁控管結(jié)構(gòu)

　　1.陽極

　　陽極是磁控管的主要組成之一，它與陰極一起構(gòu)成電子與高頻電磁場相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外，還對高頻電磁場的振蕩頻率起著決定性的作用。

　　陽極由導(dǎo)電良好的金屬材料（如無氧銅）制成，并設(shè)有多個諧振腔，諧振腔的數(shù)目必須是偶數(shù)，管子的工作頻率越高腔數(shù)越多。

　　2.陰極及其引線

　　磁控管的陰極即電子的發(fā)射體，又是相互作用空間的一個組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。

　　陰極的種類很多，性能各異。連續(xù)波磁控管中常用直熱式陰極，它由鎢絲或純鎢絲繞成螺旋形狀，通電流加熱到規(guī)定溫度后就具有發(fā)射電子的能力。這種陰極具有加熱時間短和抗電子轟擊能力強等優(yōu)點，在連續(xù)波磁控管中得到廣泛的應(yīng)用。

　　此種陰極加熱電流大，要求陰極引線要短而粗，連接部分要接觸良好。大功率管的陰極引線工作時溫度很高，常用強迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時陰極接負高壓，因此引線部分應(yīng)有良好的絕緣性能并能滿足真空密封的要求。為防止因電子回轟而使陽極過熱，磁控管工作穩(wěn)定后應(yīng)按規(guī)定降低陰極電流以延長使用壽命。

　　磁控管工作原理

　　磁控管通常工作在π模，相鄰兩個諧振腔腔口處微波電場相位正好相差180°，即微波電場方向正好相反（圖2）。雖然這種微波場為駐波場，但在π模的情況下，相當(dāng)于兩個相同的微波場在圓周上沿相反的方向運動，兩個場的相速值相等。從陰極發(fā)射出的電子在正交電磁場作用下作輪擺線運動。調(diào)節(jié)直流電壓和恒定磁場，使電子在圓周方向的平均漂移速度v=E/B正好等于在其方向上運動的一個微波場的相速v（式中E是直流電壓在互作用空間產(chǎn)生的直流電場平均值，B為軸向恒定磁感應(yīng)強度），電子就可以與微波場作同步運動。

　　在同步運動過程中，處在微波減速場中的那部分電子將自己的直流位能逐漸交給微波場，并向陽極靠攏，最后為陽極所收集。這部分電子向微波場轉(zhuǎn)移能量，有利于在磁控管中建立穩(wěn)定的微波振蕩，故稱為有利電子。處在微波加速場的那部分電子從微波場獲得能量并向陰極運動，最后打在陰極上。這部分電子稱為不利電子。不利電子在回轟陰極時打出大量的次級電子，使互作用空間電子的數(shù)量因之增加。最大減速場區(qū)是電子的群聚中心。在它兩旁的電子都受到向這個群聚中心靠攏的力而向群聚中心運動。最大加速場區(qū)是電子的散聚中心，附近的電子都受到背離散聚中心的力，分別向左右兩邊運動，轉(zhuǎn)化為有利電子。

　　這樣，在振蕩建立過程中不利電子越來越少，有利電子越來越多，并向群聚中心集中，逐步在互作用空間形成輪輻狀電子云。這種處于不同相位下的電子在互作用空間自動群聚成輪輻狀電子云的現(xiàn)象，稱為自動相位聚焦。在互作用空間的微波場，隨著遠離陽極表面而指數(shù)衰減。因此，在陰極表面的微波場極弱，對電子的群聚作用極小，在陰極附近不會形成明顯的電子輪輻，而是形成幾乎均勻分布的電子輪轂。

　　磁控管在互作用空間的電子中有利電子占絕大多數(shù)，而且均在向陽極運動過程中，有利電子回旋的時間又較長，它們能夠充分地將直流位能輪換成微波能量；回轟陰極的電子比較少，而且它們從陰極發(fā)射后不久就打在陰極上，因而從微波場吸收能量也較少。這樣，互作用空間全部電子與微波場相互作用的總的效果是，電子將直流位能交給微波場，在磁控管中建立起穩(wěn)定的微波振蕩。

　　微波爐磁控管的構(gòu)造原理

　　磁控管是微波爐的關(guān)鍵器件，主要由管芯和磁鐵兩部分構(gòu)成，如圖1。管芯由陰極、燈絲、陽極、天線（波導(dǎo)管）等構(gòu)成。

　　其工作原理是：存接通電源后，高壓變壓器次級燈絲線圈兩端產(chǎn)生的3.3V交流電給磁控管燈絲供電。與此同時，高壓繞組產(chǎn)生的約2000V交流高壓經(jīng)高壓電容限流，二極管整流后得到約2000V的直流高壓加至磁控管陽極，形成加速電場（陽極接地，實際卜是陰極為負2000V，見圖2），使陰極（分直熱式和間熱式兩種，圖2中為直熱式）發(fā)射的電子向陽極加速運動。在電子向陽極加速運動的過程中還要受到永久磁鐵所形成的垂直方向上的強磁場作用，因此電子是邊旋轉(zhuǎn)邊向陽極加速運動（就像子彈在槍管中的運動一樣），旋轉(zhuǎn)速度也不斷變快。陽極做成內(nèi)齒輪狀（見圖1b），形成偶數(shù)個空腔，稱為諧振腔。每個諧振腔就是一個微波諧振器，其諧振頻率取決于諧振腔尺寸。電子存通過扇形諧振腔時會發(fā)生振蕩，且頻率不斷升高。當(dāng)頓率達到2400MHz以后便形成微波，由波導(dǎo)管口發(fā)射，再傳輸?shù)綘t膛內(nèi)對食品加熱。