Всем привет! С вами Дядя Джек!
Некоторое время назад, примерно весной этого года, я начал интересоваться электроникой.
Паралельно с толстым учебником из серии электроника для начинающих, я смотрю и читаю различных блоггеров. Дмитрий Компанец, Дмитрий Коржевский, Добрый Аудиофил.
И если Дмитрии просто рассказывают про то как что работает, то третий Д, который добрый, пребывает в некотором явном противостоянии с инженерами провозглашающими, что усилитель должен работать максимально качественно.
Он то и дело говорит, что если не искоренять искажения, а приотпустить их - то получится приятно-звучащий эффектный результат, который замаскирует все искажения.
Так уж вышло, что недавно я в среде инженеров ляпнул, что лампы уже закончили свое существование и никому, кроме аудифилов больше не нужны.
Но тут мне посоветовали прочитать про тригатрон. Я был настолько удивлен, что деталька больше похожая на сгоревший предохранитель без ниточки, может парой сотен киловатт управлять, что тут же написал статью про это дело. А там под ней, в комментариях, мне посоветовали про магнетрон почитать.
Ну я и почитал. И пребываю в еще большем шоке.
Оказывается это как раз деталька, что все недостатки работы обычного триода обратила себе на пользу. Т.е. она делает как раз то, о чем гнет Добрый Аудиофил. Она использует искажения по максимуму.
Есть у триода, да и у транзистора такой не хороший эффект как самовозбуждение. На звук это может выражаться и как гул, и как посторонние призвуки, и как грязь в звуке, и как стеклянность.
Так вот Магнетрон это самовозбужденный ламповый диод. Т.е. вместо борьбы с этим паразитным процессом его наоборот отпустили.
Но это не все. Магнетрон являет собой квинтессенцию знаний человечества о конструировании как ламп, так и высокочастотных проводников. Разработчик его приручил все паразитные процессы, какие только мог найти в работе лампы. И главное все они вместо подавления и устранения, наоборот ведут себя наиболее активно.
И вот кто в этот момент прав? Добрый Аудиофил, или инженеры, что требуют идеальной работы усилителя, который никому ничего не должен вносить?
Ну да ладно. Хватит предисловий. Рассказываю как работает магнетрон.
Есть в природе такой процесс, как РЦ-Колебание(RC-колебание) - это обычный колебательный контур.
Ну когда зяряженный от батарейки конденсатор подключают к катушке индуктивности. Если катушка хорошая, и провода с малым сопротивлением то мы будем несколько секунд в этой схеме наблюдать колебания на осциллографе.
Как это работает? Электроны из конденсатора текут через катушку. В это время в ней формируется магнитное поле. А в момент когда конденсатор полностью разряжен, оказывается, что магнитное поле жутко не любит когда питание заканчивается.
В этот момент оно схлопывается, пиная конденсатор в обратку. Таким образом конденсатор снова заряжается. А когда в катушке напряжение заканчивается, то ей ничего не остается кроме как снова заражаться начать. Электроны снова прут в пустую катушку. Потом опять резко прерывается напряжение из конденсатора, и катушка ему снова в обкладки. Мол чего тут сдулся опять? А он ей "Слышь спиралька свернутая?" А она ему "Ой ой! Да на себя посмотри, цилиндр в трубочку свернутый". А он ей "Слышь бессердечная, с воздушным диэлектриком". А она ему "Слышь двуногий, за своей жижей про меж обкладок следи!!!"
Ну ладно ладно! Заканчиваю хохмить.
Нам нужен этот процесс для понимания поведения электронов в магнитных полях.
фото отсюда https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD
фото отсюда https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD
фото отсюда https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD
На первой картинке мы видим хитрые пластины. Первая мысль, что они что-то делают. Но на самом деле это просто радиатор охлаждения.
Весь процесс происходит в цилиндрической форме по середине этих пластин.
Внутри цилиндра, который является анодом нашего диода. Сделаны специальные резонансные камеры.
А катод этого диода, представляет собой спираль. Как раз катушку. При этом она подогрета. Там реализован косвенный накал. Т.е. нагреватель отдельно со своим напряжением, в контактны катода не вступающий.
Катоды бывают как прямого, так и косвенного накала. В случае прямого, этот же же катушка бы и грелась. А тогда бы на ней изоляция сгорела, и она перестала бы быть индукивностью.
В общем катушка намотана в один слой. Электроны по ней бегут как по спирали, а так как она нагрета, то вылетают в направлении анода.
Но летят хитро. Им мешает и свое магнитное поле для свободного полета, и одновременно еще 2 магнита сверху и с низу стоящие.
Но это не все. Магнитных полей там еще больше.
Дело в том, что часть электронов облетя анод по сложной траектории напоминающей траекторию вращения колеса едущего по внешний поверхности цилиндра большого диаметра. Представляйте в этот момент маховик в виниловой вертушке с роликовым приводом. Вот примерно так и будет если представить, что ролик вокруг диска вращается.
Вот эта вот кривая загогуля, состоящая из своих оборотов и при этом провернутая вокруг диска.
Она создает кучу магнитных полей. И при этом такой электрон возвращается назад на катод. Его задача создать сложное завихренное магнитное поле.
В нем образуется масса пучностей и узлов. Если в этот момент сделать анод со сложной формой в виде раздельных камер. На картинке они круглые, хотя на фото среза явно прямоугольные. Это не суть сейчас.
Суть в том, что расстояние между камерами равно длинне волны резонанса магнетрона. Т.е. той частоте на которой будет самовозбуждение.
Камера работает следующим образом. Здесь нужно вспомнить Скин Эффект. На высоких частотах работать будет только внешняя поверхность проводника, никак не нагружая внутренние составляющие.
А тогда выходит 2 процесса. Снаружи у нас кольцо, которое являет собой один виток. Но это тоже индуктивность равная частоте резонанса. А внутри у нас куча обкладок конденсаторов. На которые налипают электроны от катода.
Но немножко другие. Суть в том, Что наши летающие по эпициклоидным тракетрориям электроны делают это не равномерно. Есть такой паразитный процесс как дробовой шум.
Так вот тут он вместо того, чтобы искореняться, наоборот усилен. И это создает сбой статичного состояния. В итоге траектория дрожит. Это и является инициатором самовозбуждения.
Часть электронов в этот момент долетают до анода. Там заряжают конденсаторы, те в свою очередь начинают циклировать по индуктивности. А к одной из пучностей колебаний подключена петля вывода напряжения.
Она тоже хитро работает. Она ко всему прочему выводя электроны наружу, в нагрузку, "разрывает" их поток по кольцу индуктивности. Таким образом оно без всяких разрезов работает без короткого замыкания.
Заодно с этим всем внутри еще возникают особые спицы потоков электронов, которые как в элтекродвигателе переключаются между конденсаторами с разным зарядом, и в силу неравномерости по причине дробового шума, эти спицы(по сути их образование это лучевой процесс, как в лучевых тетродах) начинают вращаться. Тем самым перекоммутируя конденасторы которые сейчас заряжаются и теми которые разражаются.
В общем лихой сложный процесс генерации СВЧ колебаний, за счет самовобзужденного резонанса с управлением процессом за счет внутренних электро-магнитных колебаний, возникающих в процессе самовозбуждения.
При этом еще и учтены все сложные передовые научные достижения.
Такая вот квинтессениция науки. И такое вот обращение всех недостатков обычного процесса в силу.
А началось все с того, что инженер компании General Electric разрабатывал обычный низкочастотный триод, с магнитным управлением, вместо традиционной сеточки. Задачей при этом было уйти от выплат по патентам на обычный триод компании Western Electric.
Но случайно, в процессе разработок открыли возможность самовозбуждения на частоте в 100 МГц. Когда делали лампу с частотой на 100 КГц. А она вдруг как зафонила.
Начали изучать. Ну а дальше сделали штуковину. Это все было еще в начале 20го века.
Штуковину сначала применяли в радарах. Она позволяла повысить точность обнаружения самолетов во времена опасных исторических событий.
А потом кто-то заметил, что кроме проводов и прочих короткозамкнутых металлов, эти излучения еще и воду нагревают. Он же обнаружил, что вода и в супе содержится, и картошке.
Таким образом появилась микроволновка.
И то привело к тому, что магнетрон на сегодня самая массово производимая радио-лампа. В начале 21го века лидировали кинескоп и магнетрон. Но в 2010м году кинескопы производить перестали. А вот магнетроны остались.
При этом магнетроны бывают как на 10 ватт, так и на 5 МегаВатт. Частоты резоннаса от 500 МГц до 100 ГГц.
Как с фиксированной частотой резонанса, указанной на упаковке, так и с перестраиваемой в пределах 10 процентов. Причем перестройка бывает как отверткой в винтик, так и электромагнитная с электронным управлением, причем весьма быстрая. До 10 000 раз в секунду. Это позволяет менять дальность фокуса в работе радара. Повышая точность определения дистанции и скорости движения объекта сканируя его сразу на нескольких частотах.
Основное применение микроволновки и радары.
Вот такая неожиданная конструкция.
Спасибо, что вы со мной.
***
