El magnetrón de cavidad resonante usado en los hornos de microondas

El corazón de cada horno de microondas es el sistema de alto voltaje . Su propósito es generar la energía de microondas. Los componentes de alto voltaje llevan a cabo ésta tarea transformando la corriente alterna de línea domiciliaria en alto voltaje de corriente continua, que convertida en energía de radiofrecuencia se usa para cocinar los alimentos .

En los circuitos de transmisores comunes, que generan señales de radiofrecuencias en gamas más bajas, empleamos normalmente válvulas y transistores.

Mientras tanto, para generar frecuencias del orden exigido para la cocción de alimentos en un horno de microondas, las válvulas y transistores comunes no funcionan.

Lo que ocurre es que la frecuencia es tan elevada que no hay tiempo en un ciclo, para que el haz de electrones o los portadores de carga atraviesen el dispositivo que los controla (figura 1).

Fig. 1

Existen, por lo tanto, límites para la operación de válvulas comunes y transistores en lo que se refiere a la frecuencia máxima que generan.

Para producir señales de potencia elevada en la gama de microondas se utiliza la válvula magnetrón de cavidad resonante. El magnetrón es un tubo electrónico tipo diodo usado para producir la energía de microondas requerida de 2450 MHz.

Esta válvula fue desarrollada originalmente a partir de la válvula Klystron, en la Universidad de Birmingham (Inglaterra) por el profesor M.L. Oliphant, en el otoño de 1939. La idea básica es utilizar la válvula para producir señales de potencias elevadas en la gama de microondas para los sistemas de Radar que todavía no estaban suficientemente desarrollados.

En la figura 2 tenemos el diseño en corte de un magnetrón, como el que se usa en un horno de microondas.

Fig. 2

Tenemos, entonces, un ánodo, que es una pieza de hierro hueca con diversas cavidades, cuyas dimensiones son función de la longitud de onda de la señal que debe ser generada. Estas cavidades poseen aletas en número par que apuntan hacia un filamento. La antena es conectada a las aletas del ánodo.

Cuando ocurre la conducción por la cavidad, su comportamiento es el de un inductor, en cuanto su abertura es equivalente a una capacitancia , estableciéndose así un circuito resonante en la frecuencia generada.

Para operar el magnetrón es preciso conectar una fuente de alta tensión, de aproximadamente 4.000 volts. El polo positivo va al ánodo y el negativo al cátodo. La alta tensión es producida por un transformador convencional y por un sistema duplicador de la tensión.

El funcionamiento de la válvula como osciladora puede ser analizado de la siguiente manera:

Si ninguna fuerza adicional actuase sobre el haz de electrones en el interior de la válvula, habría un flujo simple del cátodo hacia el ánodo, como muestra la figura 3. Sin embargo, existen potentes imanes que actúan sobre el haz de electrones, que tiende entonces a describir un espiral, como muestra la figura 4.

El movimiento de los electrones es responsable de la inducción de una corriente alternada en las cavidades, como muestra la figura 5.

Cuando un electrón se aproxima al segmento entre dos cavidades, son inducidas cargas eléctricas en el segmento, como muestra la figura 6.

Los movimientos de los electrones y la inducción de las cargas pueden ser analizadas como si existiesen circuitos resonantes en los segmentos, como muestra la figura 7.

En la práctica, la inducción de las cargas no ocurre por electrones aislados. Los electrones hacen una espiral, tomando la forma de una rueda con rayos, conforme muestra la figura 8, induciendo con eso cargas mucho mayores y generando potencias elevadas. Los circuitos resonantes son, entonces, constantemente excitados manteniéndose en oscilación en la frecuencia que les corresponde. La energía generada en el proceso puede ser retirada a través del terminal de la antena.

 

www.sapiensman.com

---