mercredi 3 mai 2017

magnétron

Le four micro-ondes est tombé en panne. C'est un appareil assez simple, une minuterie électronique, 4 micro-switches pour la sécurité, un ventilateur, un moteur pour la rotation du plateau, un transformateur haute-tension, un diode rectificatrice haute-tension et finalement le magnétron. C'est le seul composant intéressant dans cet appareil et c'est ce dont je vais parler dans cet article.

ATTENTION! Si vous avez envie d'ouvrir un micro-ondes pour en examiner le contenu, sachez qu'il y a des précautions à prendre.
  1. Débranchez l'appareil du secteur avant d'ouvrir le boitier.
  2. Il est possible que le condensateur haute-tension soit encore chargé. Un magnétron ça fonctionne à un voltage d'environ -2500 VDC. Pour éviter l'électrocution déchargez le condensateur en branchant une résistance de 1 Mohm entre la cathode du magnétron et l'anode de celui-ci avec des fils à pinces alligator. Laissez ce circuit en place quelques secondes avant de le retirer.

Schéma bloc d'un micro-ondes

schéma bloc d'un four micro-ondes

magnétron

Un tube à vide qui produit des micro-ondes

Un magnétron ce n'est qu'un tube à vide contenant que 2 électrodes comme les rectificateurs utilisés à l'époque des tubes électroniques, et pourtant il produit des micro-ondes. Alors quel est la différence entre un tube à vide rectificateur et un magnétron?

Attention ça tourne

Comme on peut le constater à partir de la photo, son apparence est très différente des diodes en tube de verre. La partie extérieur c'est l'anode avec les ailettes de refroidissement. Remarquez les 2 disques noirs à chaque extrémité du cylindre d'anode. Ce sont des aimants. Comme dans tout tube à vide la cathode contient un filament chauffant. La chauffe libère des électrons de la surface. Pour que ces électrons soient accélérés vers l'anode il faut un champ électrique. Il faut que l'anode soit positive par rapport à la cathode. Pour des raisons pratique et de sécurité puisque l'anode est un gros bloc de métal à l'extérieur du tube on conserve l'anode à 0 volt en vissant le magnétron au chassie. La cathode par contre étant à l'intérieur du tube est mise à un voltage négatif d'environ -2500 VDC. Donc même si l'anode est à zéro volt elle est positive par rapport à la cathode. Les électrons sont fortement accélérés vers l'anode. C'est là que le fonctionnement diverge d'une diode rectificatrice. Dans un rectificateur les électrons s'en vont directement vers l'anode par le chemin le plus court.

vue schématique d'un magnétron
Comme je l'ai mentionné il y a 2 aimants au extrémités du tube. Il y a donc un champ magnétique perpendiculaire au déplacement des électrons. Ce champ magnétique exerce une force sur les électrons qui les fait déviés de leur trajectoire rectiligne. Les électrons au lieu d'aller directement vers l'anode décrivent une trajectoire en spirale dans l'espace entre la cathode et l'anode. Les électrons subissent donc une accélération et tout électron accéléré émet des ondes électromagnétiques. A la périphérie de l'anode il y a des cavités résonnantes. Lorsque les électrons passent devant ces cavités il se produit un phénomène de résonance. La dimension des cavités est calculée pour que la fréquence de résonance soit de 2 450 MHz. Cette fréquence est choisie parce qu'elle correspond aussi à la fréquence de résonance des molécules d'eau. Comme la nourriture est faite de matière vivante et que toute matière vivante contient de l'eau. En faisant vibrer les molécules d'eau contenues dans la nourriture on produit la chaleur de cuisson.

Cyclotron

Il existe un type d'accélérateur de particule qu'on appelle un cyclotron, si vous étudiez le fonctionnement d'un cyclotron vous allez constater la très grande similitude de fonctionnement entre le cyclotron et le magnétron. Il y a une différence de taille et aussi que dans un cyclotron on utilise les électrons eux-même pour bombarder des cibles plutôt que d'utiliser les ondes électromagnétiques émient par les électrons accélérés.

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