微波炉磁控管的作用及结构详解

磁控管又称微波发生器，是微波炉的“心脏”，其作用是将直流电能转化为微波能量。磁控管实际上是一个真空管（金属管），管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得的能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。在磁控管中，电子运动方向、径向直流电场和轴向恒定磁场三者相互垂直，因而它又属于正交场器件。图1-19所示为磁控管在电路图中的电气符号。

图1-19 磁控管电气符号

磁控管种类较多，其按工作状态可分为脉冲磁控管、连续波磁控管；按结构特点可分为普通磁控管、同轴磁控管和反同轴磁控管；按频率可调与否可分为固定频率磁控管、频率可调磁控管（其中，频率可调磁控管又可分为机械调谐磁控管、频率捷变磁控管两种）。另外还有一类借助改变阳极电压实现频率调谐的电压调谐磁控管。

家用微波炉采用的是连续波磁控管，它在两极上加上直流高压，可连续输出微波，对此类管的频率稳定性要求低些，但对效率要求较高（百瓦级的效率应在60％～70％，数千瓦级的效率应在80％以上），且要求抗过载能力强。当被加热的食物的种类、数量发生变化时，磁控管都能稳定工作。

功率在400～1000W的连续波磁控管广泛用于家用微波炉，连续波磁控管还用于电子对抗、工业加热和微波理疗等场合。为了不干扰雷达和通信设备的正常工作，医用、工业加热和烹调用磁控管的工作频率通常为（915±25）MHz及（2450±50）MHz。

磁控管外部主要由天线（即微波能量输出器）、灯丝端子（灯丝插头）、密封垫圈、冷却翅片、磁控管底盘、管芯等组成。管芯主要由阳极、阴极、微波能量输出器、磁路系统等装置构成，图1-20所示为磁控管外形。

图1-20 磁控管外形

1.阳极

阳极是磁控管的主要部件之一，它与阴极一起构成高频电磁场。磁控管阳极除与普通的二极管的阳极一样收集电子外，还对高频电磁场的振荡频率起着决定性的作用。阳极通常由导电性能良好的金属材料制成（如无氧铜），并设有多个谐振腔。为使用安全、安装方便，阳极应接地，阴极上接负高压，这样在阳极和阴极之间就形成了一个径向直流电场。(www.xing528.com)

磁控管的谐振腔是由阳极围成的，许多谐振腔耦合在一起形成一个复杂的谐振系统。其谐振腔频率主要决定于每个小谐振腔的谐振频率，小谐振腔的大小决定了磁控管的工作频段（谐振频率即磁控管的工作频率，一般为2450MHz左右）。谐振腔的数目必须是偶数，管子的工作频率越高腔数越多。

谐振腔内的电子打到阳极，使阳极温度升高，电流越大，则阳极收集的电子就越多，或电子的能量越大，也就是说能量转换率越低，阳极温度就越高。因此，阳极需有良好的散热能力。阳极带有散热片就是为了降低阳极的温度。

2.阴极

磁控管的阴极即电子的发射体，是磁控管的“心脏”。工作时阴极接负高压，阴极被加热后其表面迅速发射足够的电子，以维持磁控管正常工作所需的电流。

阴极采用发射电子能力很强的材料制成，它分为直热式阴极（阴极和灯丝合为一体，采用此种方式只需10～20s的延时，就可加阳极电压进行工作）和间热式阴极（阴极做成圆筒状，灯丝安装在圆筒内，加热灯丝间接地加热阴极而使其发射电子）。直热式阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优点，多应用在连续波磁控管上。间热式阴极则将灯丝与阴极分离开来，与显像管的灯丝与阴极类似。

3.微波能量输出器

微波能量输出器也叫高频能量输出器或天线，它是把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载中的一种装置（即将磁控管产生的微波能量耦合出来，再通过波导管输送到负载上，用来加热食物）。小功率磁控管大多采用同轴输出器，通过耦合环输出微波。大功率磁控管常用轴向能量输出器，通过输出天线连接在磁控管的极靴孔洞和阳极翼片之间，从而达到输出微波的目的。

4.磁路系统

在阳极的外壳嵌套了一对环形永久磁铁，磁铁形成的磁场用于控制阳极腔内的微波振荡能量。磁场的强弱对磁控管的工作影响很大，磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁场感应强度一般为数千高斯（Gs^[1]）。工作频率越高，所加磁场越强。