是什么原因导致磁控管在整个生命周期内失去功率?

电器工程 微波 失败 寿命 磁控管
2022-01-08 10:18:24

磁控管的功率随时间递减\$^1\$。虽然对于大多数消费类应用来说并不明显(如果设备每天仅使用 15 分钟,2000 小时的使用寿命将持续 20 年以上),但这在工业环境中是一个问题。

是什么导致了这种电力损失?我能找到的最好的是“阴极退化”,但我仍然不明白这应该是什么意思(实际上是什么机制“退化”了阴极?)如果这真的是唯一的原因的损失。

我熟悉半导体器件,在这些情况下,性能下降可归因于诸如电子迁移、热载流子注入、掺杂剂随时间扩散等因素......但磁控管似乎只是一个非常“ “简单”的机械结构,相对于半导体来说很大,因此我无法想象这些影响会在这里引起问题......

\$^1\$Microwaves 杂志的领导者,Microwaves & RF,2018 年,第 13-14 页

4个回答

磁控管是“真空管”。
真空管寿命的一个限制是阴极发射率 - 为“管”提供电子以“调制”的能力。衰减机制可能很复杂,但第一个近似值与释放电子的材料的可用性和阴极表面上痕量气体的作用有关。[在管子的整个生命周期内,该材料通常不会“用完”,但其功效可能会下降]。

维基百科 -热阴极 包括:

  • 为了改善电子发射,通常用化学物质处理阴极,即具有低功函数的金属化合物。这些在表面上形成金属层,发射更多的电子。处理过的阴极需要更少的表面积、更低的温度和更少的功率来提供相同的阴极电流。早期真空管(称为“明亮发射器”)中使用的未经处理的钍钨丝必须被加热到 2500°F(1400°C)的白热温度,以产生足够的热离子发射以供使用,而现代涂层阴极产生的辐射要大得多给定温度下的电子,因此只需将它们加热到 800–1100 °F (425–600 °C)。

有关的:

两个相关的 SE EE 答案

这里这里


添加:

有关的:

这在某种程度上让我想起了铯钟和铷钟中发生的事情,在使用过程中,源金属会随着被烧蚀而慢慢用完(尽管有些人已经记录了“恢复”基于 Rb 的原子参考的方法)。– Joren Vaes 2018 年 6 月 21 日

有等效的方法可以“恢复”或“重新激活”真空管;使灯丝更接近熔化(没有阳极供应),以便一些钍扩散/迁移到表面。它有多有效,我不能说 – Brian Drummond 2018 年 6 月 21 日 10:53

很久以前,您可以为包含自耦变压器的电视管购买“助推器”,以稍微提高灯丝电压并从衰减的管中获得更多“魅力”。

类似的“技巧”甚至可能在一段时间内对磁控管起作用。2

这里有一个数字

还有一个例子:

  • 带隔离 Antronic IB-680 的老式电视显像管增亮剂。没有。这适用于 70 度圆形彩色 CRT。我相信这包括 1960 年代和 1970 年代的 21FJP22、21FBP22、21FKP22 等圆形彩色 CRT。14 针。根据盒子:恢复彩色图片质量校正阴极到灯丝短裤增亮彩色图片

图片来自这里

在此处输入图像描述

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我从这篇文章中得到了一个可能的原因:

“每个磁控管的阴极都有一个特殊的涂层来提高性能。随着时间的推移,这种材料在正常运行过程中会被消耗掉。”

虽然那篇文章涉及雷达磁控管,但我认为它仍然适用,因为工作原理是相同的。

还提到反射回磁控管的射频功率会产生不利影响。在微波炉中会发生很多反射,因为并非所有波都被您要加热的任何东西吸收。

更多有趣的读物可以在这里找到

“磁控管的典型使用寿命约为 2000 小时的运行时间。可能会降低磁控管使用寿命的一些因素是:1)空载运行,2)在烹饪腔中使用过多金属运行,3)线路电压"

(我删除了一些不直接影响磁控管寿命的因素)。

真空并不完美,因此潜伏在“真空”中的正离子会轰击阴极并使其降解。

一个有根据的猜测:磁铁会随着时间的推移和被加热而失去能量。磁铁是磁控管不可或缺的一部分,因此它们可能会减弱,从而降低功率输出。