2. Магнетрон

Если поместить двухэлектродную электронную лампу в магнитное поле соленоида, направление линий, индукции которого совпадает с осью сим­метрии лампы, то полученное устройство есть магнетон (рис. 2.)

Рис. 2. Магнетрон: 1 - двухэлектродная элек­тронная лампа; 2 - анод; 3 - катод, 4 - экран; 5 - каркас соленоида; 6 - обмотка соленоида

Магнитное поле соленоида создается током l_c, текущим по соленоиду. Величина индукции на оси соленоида зависит от силы тока соленоида l_c .

где - относительная магнитная проницаемость сердечника, так как сер­дечник соленоида воздух, то =1; ₀ - магнитная постоянная вакуума, равная 4*10^-7 Гн/м; l_c - сила тока соленоида; l - длина соленоида;N\l - чис­ло витков, приходящихся на единицу длины соленоида.

Электрическое поле магнетрона возникает внутри двухэлектродной электронной пампы (рис. 3)

Рис. 3. Двухэлектродная электронная лампа: 1 - стек­лянный баллон лампы; 2 - катод; 3 - анод; 4 - конусо­образный экран

Внутри стеклянного баллона лампы 1, некоторого откачан воздух, поме­щены: подогреваемый катод 2, цилиндрический анод 3 (на рисунке анод по-сазан в разрезе), экран конусообразный 4, покрытый флюоресцирующим зеществом. Экран соединен с анодом. Между катодом и анодом приклады­вается постоянное напряжение. Из подогретого катода, в результате термо­электронной эмиссии, вылетают электроны «е». Они двигаются от катода к аноду в электрическом поле лампы. Траектории электронов - прямые линии (рис. 4).

Рис. 4. Движение электронов в лампе: А - анод; К- катод; е - электроны, v - скорость электронов; 1 - траектории электронов

Катод строго отцентрирован относительно анода. На движущиеся заря­ды (электроны), кроме магнитного поля соленоида, действует и электриче­ское поле, приложенное между катодом и анодом с напряженностью Ё. По­этому результирующая сила F, приложенная к электрону, равна сумме сил, действующих на заряд со стороны электрического поля

и сила Лоренца F_л

где е - заряд электрона; - напряженность электрического поля. Формула (1.10) называется формулой Лоренца.

В общем случае задача о движении электрона массой m₀ и зарядом е сводится к решению уравнения динамики в таком виде

Где - ускорение электрона.

Сила F_k меняет скорость электрона, вылетевшего из катода, по величи­не. Скорость электронов, подлетающих к аноду, определяется на основании закона сохранения энергии

Отсюда

где е - заряд электрона; U_A - напряжение между катодом и анодом лампы; m₀ - масса покоя электрона е.

Так как анод лампы соединен с экраном, то электроны, попадающие на экран, бомбардируют его и вызывают зеленоватое свечение экрана. Когда ток в лампе становится равным нулю, свечение экрана прекращается. Сила тока в лампе магнетрона зависит от величины индукции В магнитного поля соленоида. Индукция магнитного поля соленоида зависит от силы тока l_c, текущего по соленоиду формула (1.8). При малом значении индукции магнит­ного поля электроны будут попадать на анод лампы. По мере увеличения индукции (тока соленоида) траектории электронов начнут искривляться (рис. 5) и при некотором значении индукции В_кр называемым критическим, траектории электронов будут представлять собой окружности, радиусы ко­торых равны половине радиуса анода лампы (рис. 4 и рис. 5).

Чем больше начальная скорость электронов, тем больше должна быть индукция В магнитного поля, чтобы они не попадали на анод, чтобы ток в лампе отсутствовал. Для определения критического значения индукции В_кр магнитного поля соленоида по графику зависимости анодного тока l_A от то­ка соленоида l_c: l_A = f(l_c) (рис. 6), нужно определить критическое значение тока в соленоиде.

П родолжая прямолинейный участок «АВ» графика до пересечения с осью абсцисс (точка М), определим критическое значение тока в соленоиде (l_c)_кр. По формуле (1.12) рассчитать критическое значение индукции В_кр маг­нитного поля соленоида. Скорость каждого электрона вылетевшего из като­да лампы и движущегося к аноду складывается из двух скоростей: тепловой и приобретенной в электрическом поле лампы. С поверхности катода элек­троны вылетают с разными скоростями. В потоке электронов между като­дом и анодом медленные электроны при В_кр двигаются по окружностям ра­диусами r. Для того, чтобы добиться полного исчезновения анодного тока следует создать большую индукцию магнитного поля, чем та, которая соот­ветствовала бы закручиванию большинства электронов. Так объясняется характер зависимости анодного тока от тока в соленоиде. Зависимость анодного тока 1_А лампы от индукции магнитного поля В соленоида называ­ется статической характеристикой магнетрона (рис. 7).

2.Метод работы

1. Зависимость силы анодного тока лампы от силы тока в соленоиде

Зависимость силы анодного тока от силы тока соленоида определяется с помощью установки, изображенной на рис. 8.

Первый выпрямитель I. С выпрямителя 5, замкнув ключ 7, напряжение подается на двухэлектродную электронную лампу 4. Потенциометром 1, на­ходящимся на панели выпрямителя, устанавливается определенное анод­ное напряжение лампы 4, величина которого определяется по вольтметру 2 на панели выпрямителя 5. По миллиамперметру 3 определяется макси­мальная сила анодного тока в лампе 4. Второй выпрямитель II. Соленоид 8 присоединяется к выпрямителю II на панели которого имеется амперметр 9 и реостат 10, которым измеряется сила тока, текущего по соленоиду 8.

Увеличивая силу тока соленоида с помощью реостата 10, снимается из­менение силы анодного тока по миллиамперметру 3 при неизменном анод­ном напряжении. Строится кривая зависимости анодного тока l_A от тока в соленоиде l_c. По полученному графику определяется критическое значение тока соленоида (l_c)_Kp, а затем критическое значение индукции В_кр магнит­ного поля, как указано в теоретической части (рис. 6).