CN106358358B - 一种自激式固态射频发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自激式固态射频发生器，属于射频技术领域。该自激式固态射频发生器包括放大电路、谐振回路、反馈电容、第一高频扼流圈和第二高频扼流圈；反馈电容用于将预定电压信号反馈给放大电路的栅极作为激励信号，谐振回路用于为放大电路提供谐振信号，第一高频扼流圈和第二高频扼流圈用于在放大电路中的两个功率器件交替导通时进行能量存储及能量释放，并在谐振回路上形成振荡信号及进行功率输出。本发明在第三高频线圈上形成振荡信号及进行功率输出，输出功率耦合到炬管中被激发的氩气，形成等离子炬，当负载变化时，谐振回路频率相应产生变化，由于电路响应速度较快，避免由于负载变化过大导致失谐使等离子炬熄灭。

Description

一种自激式固态射频发生器
技术领域
本发明涉及一种自激式固态射频发生器，属于射频技术领域。
背景技术
电感耦合等离子体质谱仪/光谱仪是一种新型的分析技术，可快速同时检测周期表上几乎所有元素，成为公认的最有力的元素分析手段，目前已广泛应用于国民经济的各个领域。
大功率射频发生器是电感耦合等离子体光谱仪/质谱仪重要的核心部件之一，它的主要作用是通过大功率高频发生器产生强大的高频电能，并通过耦合线圈产生高频电磁场，形成稳定的高频电能输送给等离子炬，用以激发和维持氩气或其它气体形成的高温等离子体，其稳定性和可靠性对仪器的测量结果的质量至关重要。
现有的射频发生器主要包括自激式和它激式两种形式。
它激式射频发生器利用石英晶振构成振荡器，通常为27.12MHz或40.68MHz，经过初级功率放大后，将50欧姆的输入信号，通过阻抗变换后分别激励两个功率器件，控制两个功率器件的交替导通，射频功率通过变压器方式耦合输出，再经阻抗变换，将射频功率以50欧姆传输方式输出。输出的射频功率再经一个阻抗匹配电路，将功率加到负载线圈中，进而在炬管中形成等离子炬。这种方式虽然频率稳定性较高且功率易于控制，但其匹配调节采用电机控制真空电容，调节速度较慢，特别是当负载变化剧烈时，导致等离子炬因匹配失谐而熄灭。
自激式射频发生器通过负载线圈及谐振电容构成振荡电路，这种方式结构简单，制造调试相对容易，但不足之处是频率稳定性较差且输出功率无法标定。自激式射频发生器无论采用电子管还是晶体管作为功率放大器件，一般均采用一只功率器件及LC器件组成的谐振回路，利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到栅极，构成电容反馈三点式振荡器。
发明内容
本发明提出了一种自激式固态射频发生器，为解决现有的射频发射器存在的频率稳定性较差、输出功率无法标定以及调节速度较慢的问题，为此本发明采用如下的技术方案：
一种自激式固态射频发生器，包括放大电路、谐振回路、反馈电容、第一高频扼流圈和第二高频扼流圈；所述反馈电容用于将预定电压信号反馈给所述放大电路的栅极作为激励信号，所述谐振回路用于为所述放大电路提供谐振信号，所述第一高频扼流圈和第二高频扼流圈用于在所述放大电路中的两个功率器件交替导通时进行能量存储及能量释放，并在所述谐振回路上形成振荡信号及进行功率输出。
本发明的有益效果是：通过反馈电容将电压信号反馈给放大电路的栅极作为激励信号，并通过两个高频扼流圈在放大电路交替导通时进行能量存储及能量释放，在第三高频线圈上形成振荡信号及进行功率输出，输出功率耦合到炬管中被激发的氩气，形成等离子炬，当负载变化时，谐振回路频率相应产生变化，由于电路响应速度较快，避免由于负载变化过大导致失谐使等离子炬熄灭。
附图说明
图1为本发明所述的自激式固态射频发生器的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在传统的丁类放大电路中，通常应用在它激式射频发生器中。一个固定频率的50欧姆的输入信号，通常为27.12MHz或40.68MHz，通过阻抗变换后分别激励两个功率器件，控制两个功率器件的交替导通，射频功率通过变压器方式耦合输出，再经阻抗变换，将射频功率以50欧姆传输方式输出。输出的射频功率再经一个阻抗匹配电路，将功率加到负载线圈中，进而在炬管中形成等离子炬。
结合图1所示，本具体实施方式提供的自激式固态射频发生器，包括放大电路11、谐振回路12、反馈电容13、第一高频扼流圈14和第二高频扼流圈15；反馈电容13用于将预定电压信号反馈给放大电路11的栅极作为激励信号，谐振回路12用于为放大电路11提供谐振信号，第一高频扼流圈14和第二高频扼流圈15用于在放大电路11中的两个功率器件交替导通时进行能量存储及能量释放，并在谐振回路12上形成振荡信号及进行功率输出。
其中，放大电路11可以是由第一功率器件N1和第二功率器件N2组成的丁类放大电路，并且第一功率器件N1和第二功率器件N2通过轮流导通的方式完成功率放大。并且还可通过电阻R3和电阻R4为第一功率器件N1和第二功率器件N2提供直流偏置电压。谐振回路12可以包括电容C3和第三负载线圈L3。反馈电容13可由电容C9和电容C10作为反馈电容，取出小部分电压信号，分别反馈到第一功率器件N1和第二功率器件N2的栅极作为激励信号，组成一个正反馈振荡电路。第一高频扼流圈14可采用第一负载线圈L1，第二高频扼流圈15可采用第二负载线圈L2。
本具体实施方式提供的自激式固态射频发生器通过改变电容C3电容以及负载线圈L3大小，使LC谐振在27MHz或40MHz左右，第一负载线圈L1和第二负载线圈L2为高频扼流圈，当第一功率器件N1和第二功率器件N2交替导通时，进行能量存储及能量释放，在第三负载线圈L3上交替形成稳定的振荡信号，输出功率耦合到炬管中被激发的氩气，形成等离子炬。当负载变化时，谐振回路频率相应产生变化，由于电路响应速度很快，不会产生失谐致使等离子炬熄灭。
下面通过具体的实施例对本发明提出的自激式固态射频发生器进行说明。
实施例一
结合图1所示，在本实施例中，第一功率器件N1和第二功率器件N2为两只N沟道LDMOS射频功率器件BLF578，组成丁类放大电路，第一功率器件N1和第二功率器件N2轮流导通，完成功率放大；VDD为5V基准源，通过电阻R1和电阻R2调节直流偏置电压，经电阻R3和电阻R4串接到栅极；电容C3和第三负载线圈L3组成LC谐振回路；电容C9和电容C10作为反馈电容，取出小部分电压信号，分别交叉反馈到第一功率器件N1和第二功率器件N2的栅极作为激励信号，组成一个正反馈振荡电路。电容C1、电容C2、电容C3、电容C9和电容C10均为大功率射频电容。通过改变电容C3电容以及负载线圈L3大小，可使LC谐振回路在27MHz或40MHz左右；第一负载线圈L1和第二负载线圈L2为高频扼流圈，在激励信号驱动下，第一功率器件N1和第二功率器件N2交替导通。当第一功率器件N1导通时第二功率器件N2截止，此时第一负载线圈L1进行能量存储，第二负载线圈L2通过电容C3、第三负载线圈L3进行能量释放，当第二功率器件N2导通时第一功率器件N1截止，此时第一负载线圈L1通过电容C3、第三负载线圈L3进行能量释放，第二负载线圈L2进行能量存储，交替往复。在炬管所在的第三负载线圈L3上交替形成稳定的振荡信号，射频功率耦合到炬管中被激发的氩气，形成等离子炬。
在线圈负载变化时，谐振回路频率相应产生变化，因此电路响应速度很快，不会产生失谐致使等离子炬熄灭。可通过调节48V电压控制输出功率大小；通过监测炬管所在的第三负载线圈L3的电流或电压进行功率稳定性控制。
采用本实施例提出的自激式固态射频发生器，通过反馈电容将电压信号反馈给放大电路的栅极作为激励信号，并通过两个高频扼流圈在放大电路交替导通时进行能量存储及能量释放，在第三高频线圈上形成振荡信号及进行功率输出，输出功率耦合到炬管中被激发的氩气，形成等离子炬，当负载变化时，谐振回路频率相应产生变化，由于电路响应速度较快，避免由于负载变化过大导致失谐使等离子炬熄灭。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种自激式固态射频发生器，其特征在于，包括放大电路（11）、谐振回路（12）、反馈电容（13）、第一高频扼流圈（14）和第二高频扼流圈（15）；反馈电容（13）用于将预定电压信号反馈给放大电路（11）的栅极作为激励信号，谐振回路（12）用于为放大电路（11）提供谐振信号，第一高频扼流圈（14）和第二高频扼流圈（15）用于在放大电路（11）中的两个功率器件交替导通时进行能量存储及能量释放，并在谐振回路（12）上形成振荡信号及进行功率输出；
第一功率器件N1和第二功率器件N2为两只N沟道LDMOS射频功率器件BLF578，组成丁类放大电路，第一功率器件N1和第二功率器件N2通过轮流导通的方式完成功率放大，通过电阻R3和电阻R4为第一功率器件N1和第二功率器件N2提供直流偏置电压，谐振回路（12）包括电容C3和第三负载线圈L3，反馈电容（13）由电容C9和电容C10作为反馈电容，取出小部分电压信号，分别反馈到第一功率器件N1和第二功率器件N2的栅极作为激励信号，组成一个正反馈振荡电路，第一高频扼流圈（14）采用第一负载线圈L1，第二高频扼流圈（15）采用第二负载线圈L2；
放大电路（11）中第一功率器件N1的集电极分别与电容C1和谐振电路（12）串联，放大电路（11）中第二功率器件N2的集电极分别与电容C2和谐振电路（12）串联；放大电路（11）中第一功率器件N1的集电极分别与电容C9的一端和第一高频扼流圈（14）的一端相连接，+48V电压连接在第一高频扼流圈（14）的另一端上，+48V电压并联接地电容C5；放大电路（11）中第二功率器件N2的集电极分别与电容C10的一端和第二高频扼流圈（15）的一端相连接；+48V电压连接在第二高频扼流圈（15）的另一端上，+48V电压并联接地电容C6；电容C9的另一端和电阻R4的一端相连接，电容C10的另一端和电阻R3的一端相连接；电容C1、电容C2、电容C3、电容C9和电容C10均为大功率射频电容，通过改变电容C3电容以及负载线圈L3大小，使LC谐振回路在27MHz或40MHz；
电阻R1的一端与VDD相连接，电阻R1的另一端接地，电容C8的一端接地，电容C8的另一端与电阻R1的滑动端相连接，二极管D2的正极与电阻R1的滑动端相连接，二极管D2的负极与电阻R4的另一端相连接，电阻R2的一端与VDD相连接，电阻R2的另一端接地，电容C7的一端接地，电容C7的另一端与电阻R2的滑动端相连接，二极管D1的正极与电阻R2的滑动端相连接，二极管D1的负极与电阻R3的另一端相连接，VDD为5V基准源。
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