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1、離子阱技術(shù)被普遍使用在對(duì)原子頻標(biāo)、量子計(jì)算、質(zhì)譜學(xué)等微觀粒子領(lǐng)域的研究。離子阱種類(lèi)繁多,Paul阱由于其先進(jìn)性能被廣泛使用。而Paul阱基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的線(xiàn)形Paul阱減小了Paul阱中囚禁多離子的“射頻加熱”問(wèn)題,同時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)軸向束縛勢(shì)改變被囚離子軸向位置,具有更廣泛的應(yīng)用。線(xiàn)形Paul阱正常工作離不開(kāi)電源系統(tǒng),本文正是為中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所的線(xiàn)形Paul阱設(shè)計(jì)一套完整電源系統(tǒng),即離子阱電源系統(tǒng)。
所設(shè)計(jì)的離子阱電源
2、系統(tǒng)包括直流電源和射頻電源,結(jié)合嵌入式平臺(tái),實(shí)現(xiàn)電腦程控。本文分析了線(xiàn)形Paul阱的阻抗特性、工作特點(diǎn)以及對(duì)電源的關(guān)鍵參數(shù)要求,完成了電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)方案、電源系統(tǒng)研制、電源系統(tǒng)測(cè)試等。主要進(jìn)行了如下工作:
?。?)電源設(shè)計(jì)指標(biāo)的提出。根據(jù)線(xiàn)形阱囚禁原理、離子運(yùn)動(dòng)方程、勢(shì)阱深度,提出射頻電源的設(shè)計(jì)指標(biāo):兩路對(duì)稱(chēng)輸出,頻率2MHz~4MHz,電壓Vpp為0~800V,失真度小于1%。直流電源指標(biāo):12路獨(dú)立輸出,有10V、50
3、0V、1000V三個(gè)量程,各量程內(nèi)電壓紋波小于1‰,電壓誤差不超過(guò)1%。同時(shí)電源系統(tǒng)必須程控,并具有顯示功能。
?。?)方案設(shè)計(jì)。分析了離子阱的負(fù)載阻抗特性,結(jié)合電源指標(biāo)和操作簡(jiǎn)單等設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)出由精密程控電源和程控射頻電源組成的電源系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)是構(gòu)成所研制的線(xiàn)形阱電源系統(tǒng)的兩大主體。軟件系統(tǒng)由上位機(jī)用戶(hù)層軟件和下位機(jī)控制軟件組成,通過(guò)PC機(jī)和單片機(jī)的通信來(lái)完成對(duì)電源的程控。精密程控電源硬件實(shí)現(xiàn)基于線(xiàn)性穩(wěn)壓電源電路
4、結(jié)合PI調(diào)節(jié)原理,達(dá)到輸出電壓可調(diào)節(jié)、紋波較小的要求。程控射頻源設(shè)計(jì)方案是將DDS輸出的小信號(hào)通過(guò)三級(jí)功率放大電路進(jìn)行功率放大,并通過(guò)寬頻匹配網(wǎng)絡(luò)、濾波器網(wǎng)絡(luò),最后輸出頻譜干凈的對(duì)稱(chēng)正弦波。
?。?)電源系統(tǒng)的研制。基于MFC框架技術(shù)設(shè)計(jì)了用戶(hù)操作界面,并以dsPIC30F4011單片機(jī)為控制核心,搭建了電源的控制平臺(tái),并設(shè)計(jì)出單片機(jī)控制的軟件系統(tǒng)。根據(jù)方案設(shè)計(jì)出精密程控電源的電路原理圖,器件選型,最后制作出電源。在射頻放大電路
5、的基本理論上,搭建了DDS信號(hào)產(chǎn)生電路,設(shè)計(jì)了三級(jí)放大電路結(jié)構(gòu),討論了各級(jí)的原理圖、工作特點(diǎn)、功能、功率放大與合成手段,設(shè)計(jì)并制作了兩個(gè)級(jí)聯(lián)的1:4傳輸線(xiàn)變壓器阻抗變換電路,達(dá)到了寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)和升壓變換的目的,并且通過(guò)7階切比雪夫?yàn)V波器得到了失真小的正弦波。射頻電源制作時(shí)考慮了電磁兼容性、輻射屏蔽、大功率元件散熱、PCB布局布線(xiàn)等問(wèn)題。
?。?)電源系統(tǒng)測(cè)試。在搭建好的電源平臺(tái)上進(jìn)行了軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)連機(jī)整體測(cè)試,檢測(cè)了由人工
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