CS221726B1

CS221726B1 - Connection of the excition stage for the high-voltage source multiplier

Info

Publication number: CS221726B1
Application number: CS766281A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Jezek
Original assignee: Ladislav Jezek
Priority date: 1981-10-20
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká zapojený budicího stupně k násobiči vysokonapětového zdroje. Zapojení dosahuje vysoké účinnosti při malých tepelných ztrátách. Rušivé vysokofrekvenční zákmity na výstupním napětí mají mnohem menší amplitudu. Podstatou vynálezu je oscilátor obdélníkových kmitů spojený přes derivační obvod prahový obvod a zesilovač s bází koncového tranzistoru, přičemž emitor je spojen se společným vodičem a kolektor je,spojen přes primární vinutí vysokonapětového transformátoru s napájecím zdrojem. Sekundární vinutí vysokonapětového transformátoru je spojeno s násobičem napětí, přičemž jeden výstup je spojen se společným vodičem a druhý tvoři výstupní svorku vysokého napětí. Kolektor koncového tranzistoru je spojen jednak přes první impedanci s napájecím zdrojem a jednak přes druhou impedanci s výstupem derivačního obvodu. Zapojení je určeno pro napájení obrazovek, scintilátorů, fotonásobičů a jejich obvodů v elektronově optických přístrojích.The invention relates to a wired driver degrees to the high voltage multiplier. The wiring achieves high efficiency at low heat losses. Disturbing high frequency the output voltages have much smaller amplitude. The subject of the invention is a rectangular oscillator oscillations connected through the derivation circuit threshold circuit and amplifier with terminal base the transistor, the emitter being connected to a common conductor and the collector is connected through the primary winding of the high-voltage transformer with power supply. Secondary the high voltage transformer winding is associated with a voltage multiplier, with one the output is connected to a common conductor and the other is connected form a high voltage output terminal. The terminal transistor collector is connected first via the impedance with the power supply source and second impedance with the output of the derivative circuit. Wiring is for powering screens scintillators, photomultipliers, and theirs circuits in electron optical devices.

Description

Vynález se týká zapojený budicího stupně k násobiči vysokonapětového zdroje.The present invention relates to an excitation stage connected to a high voltage power supply multiplier.

Zapojení dosahuje vysoké účinnosti při malých tepelných ztrátách. Rušivé vysokofrekvenční zákmity na výstupním napětí mají mnohem menší amplitudu.The wiring achieves high efficiency at low heat losses. The disturbing RF frequencies at the output voltage have a much smaller amplitude.

Podstatou vynálezu je oscilátor obdélníkových kmitů spojený přes derivační obvod prahový obvod a zesilovač s bází koncového tranzistoru, přičemž emitor je spojen se společným vodičem a kolektor je,spojen přes primární vinutí vysokonapětového transformátoru s napájecím zdrojem. Sekundární vinutí vysokonapětového transformátoru je spojeno s násobičem napětí, přičemž jeden výstup je spojen se společným vodičem a druhý tvoři výstupní svorku vysokého napětí. Kolektor koncového tranzistoru je spojen jednak přes první impedanci s napájecím zdrojem a jednak přes druhou impedanci s výstupem derivačního obvodu.The object of the invention is a rectangular oscillator connected via a differentiating circuit of a threshold circuit and an amplifier to the base of the transistor, wherein the emitter is connected to a common conductor and the collector is connected to the power supply via the primary winding of the high voltage transformer. The secondary winding of the high voltage transformer is coupled to a voltage multiplier, one output being connected to a common conductor and the other forming a high voltage output terminal. The collector of the transistor is connected via a first impedance to a power supply and via a second impedance to a derivative circuit output.

Zapojení je určeno pro napájení obrazovek, scintilátorů, fotonásobičů a jejich obvodů v elektronově optických přístrojích.The connection is intended for powering screens, scintillators, photomultipliers and their circuits in electron optical devices.

Vynález se týká zapojení budicího stupně k násobiči vysokonapětového zdroje určeného zejména pro elektronově optické přístroje.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the connection of an excitation stage to a multiplier of a high voltage power supply, particularly for electron optical devices.

Elektronově optické přístroje vyžadují pro provoz urychlovací napětí v rozsahu do 100 kV. Toto urychlovací napětí se získává pomocí vysokofrekvenčních vysokonapětových soustav sestávajících z vysokofrekvenčního oscilátoru, budicího a. výkonového stupně, násobiče a zpětnovazební větve. Výkonový stupeň napájí vysokonapělový transformátor a násobič bu5 sinusově nebo obdélníkovými pulsy. Protože u napájení sinusového nelze dosáhnout vysoké účinnosti zdroje, používá se často napájení obdélníkovými pulsy. Velká vstupní kapacita násobiče tvoří s indukčnosti sekundárního vinutí vysokonapětového transformátoru rezonanční obvod s rezonančním kmitočtem srovnatelným s budicím kmitočtem. To vede ke snížení účinnosti a vzniku vysokofrekvenčních zákmitů, které mohou zejména u elektronových mikroskopů působit rušivě a vyžadují tedy pečlivou filtraci.Electron-optical instruments require an accelerating voltage in the range up to 100 kV for operation. This acceleration voltage is obtained by means of high-frequency high-voltage systems consisting of a high-frequency oscillator, an excitation and power stage, a multiplier and a feedback branch. The power stage supplies the high voltage transformer and multiplier either with sinusoidal or rectangular pulses. Since the power supply cannot be achieved with a sinusoidal power supply, rectangular pulse power is often used. The large input capacity of the multiplier, with the inductance of the secondary winding of the high-voltage transformer, forms a resonant circuit with a resonant frequency comparable to the excitation frequency. This leads to a decrease in efficiency and the occurrence of high-frequency flicker, which can be disturbing especially in electron microscopes and therefore require careful filtration.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje zapojení budicího stupně k násobiči vysokonapětového zdroje, jehož podstatou je, že osciálátor obdélníkových kmitů je spojen přes derivačni obvod, prahový obvod a zesilovač s bází koncového tranzistoru, přičemž ernitor je spojen se společným vodičem a kolektor je spojen přes primární vinutí vysokonapětového transformátoru s napájecím zdrojem, zatímco sekundární vinutí vysokonapětového transformátoru je spojeno s násobičem napětí, jehož jeden výstup je spojen se společným vodičem a druhý tvoří výstupní svorku vysokého napětí, přičemž kolektor koncového tranzistoru je spojen jednak přes první impedanci s napájecím zdrojem a jednak přes druhou impedanci s výstupem derivačního obvodu.These previous drawbacks are eliminated by the connection of the excitation stage to the high voltage source multiplier, which is based on the fact that the rectangular oscillator is coupled through the derivative circuit, the threshold circuit and the amplifier to the terminal of the transistor. a transformer with a power supply, while the secondary winding of the high-voltage transformer is connected to a voltage multiplier, one output of which is connected to a common conductor and the other forms a high-voltage output terminal, the end transistor collector connected to the power supply via the first impedance; with a derivative circuit output.

Hlavní předností tohoto zapojení je podstatně vyšší účinnost, malé tepelné ztráty, umožňující použít chladicí žebra o podstatně nižší hmotnosti než u dosud používaných zdrojů. Další výhodou je, že na výstupním napětí a napájecích přívodech jsou rušivé vysokofrekvenční zákmity s velmi malou amplitudou. Koncový tranzistor je minimálně napětově namáhán, což přispívá ke.zvýšení spolehlivosti zdroje.The main advantage of this circuit is a considerably higher efficiency, low heat loss, which makes it possible to use cooling fins of considerably lower weight than those used up to now. A further advantage is that the output voltage and the supply leads are interfering with high frequency oscillations with a very low amplitude. The terminal transistor is minimally stressed, which contributes to increasing the reliability of the source.

Vynález blíže objasní přiložené výkresy, kde na obr. 1 je blokové schéma zapojení budicího stupně k násobiči vysokonapětového zdroje, na obr. 2a je zobrazen průběh napětí a proudu na kolektoru koncového tranzistoru v zapojení podle předmětu vynálezu a na obr. 2b je zobrazen průběh napětí a proudu na kolektoru konoového tranzistoru při buzeni obdélníkovými pulsy se střídou 1 : 1 v zapojení dosud používaném.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a drive stage connected to a high voltage power multiplier, FIG. 2a shows a voltage and current waveform on a collector of a terminal transistor in a circuit according to the present invention, and FIG. and current at the collector of the cono transistor when excited by rectangular pulses alternating 1: 1 in the circuit used hitherto.

Výstupní svorka napájecího zdroje 2. je spojena přes primární vinutí 2 vysokonapětového transformátoru 2 s kolektorem koncového tranzistoru 2, jehož ernitor je spojen se společným vodičem 14· Báze koncového tranzistoru 2 je spojena přes zesilovač 4, prahový obvod 2 a derivačni obvod 2 s oscilátorem 1 obdélníkových kmitů. Kolektor koncového tranzistoru 2 je spojen jednak přes druhou impedanci 12 s výstupem derivačního obvodu 2 a jednak přes první impedanci 11 s výstupní svorkou napájecího zdroje 2· Sekundární vinutí 2 vysokonapětového transformátoru 2 je spojeno s násobičem napětí 10. přičemž jeden výstup je spojen se společným vodičem 14 a druhý výstup tvoří výstupní svorku 13 vysokého napětí.The output terminal of the power supply 2 is connected via the primary winding 2 of the high-voltage transformer 2 to the collector of the end transistor 2, whose ernitor is connected to a common conductor 14. rectangular oscillations. The collector of the transistor 2 is connected via the second impedance 12 to the output of the derivative circuit 2 and through the first impedance 11 to the output terminal of the power supply 2. The secondary winding 2 of the high voltage transformer 2 is connected to 14 and the second output forms the high voltage output terminal 13.

Oscilátor 1 obdélníkových kmitů je nastaven tak, aby pracoval na kmitočtu rovném rezonančnímu kmitočtu rezonančního obvodu tvořeného indukčnosti sekundárního vinutí 8 vysokonapětového transformátoru 6 a vstupní kapacitou násobiče napětí 10. Tyto obdélníkové pulsy se derivují derivačním obvodem Přes prahový obvod 2 projde na vstup zesilovače 4 pouze část pulsu překračující prahovou hodnotu. Časová konstanta derivačního obvodu 2 jo nastavena tak, aby šířka pulsu na vstupu zesilovače 4 byla 1/6 až 1/10 periody. Zesilovač 4 puls zesílí a omezí, čímž se změní jeho tvar na obdélníkový, a budí jím koncový tranzistor 2· Protože kolektor koncového tranzistoru 2 jc připojen k primárnímu vinutí 2 vysokonapětového transformátoru 2, chovajícímu se jako rezonanční zátěž, způsobí úzké proudové pulsy kolektorového proudu o frekvenci shodné s rezonanční frekvencí obvodu jeho rozkmitání. V praxi je optimální šířka budicích pulsů 1/6 až 1/10 periody. První impedance 11 zajištuje zatlumení kolektorového obvodu a druhá impedance 12 tvoří zápornou zpětnou vázbu pro vysokofrek3 venční zákmity vznikající při spínání a rozpínání koncového tranzistoru 5.· Průběh napětí na kolektoru koncového tranzistoru 2 Je téměř sinusový. Stejnosměrné napětí za násobičem napětí 10 má zvlnění pouze budicího kmitočtu.The rectangular oscillator 1 is set to operate at a frequency equal to the resonant frequency of the resonant circuit formed by the inductance of the secondary winding 8 of the high voltage transformer 6 and the input voltage multiplier 10. These rectangular pulses are differentiated by a derivative circuit. pulse exceeding the threshold. The time constant of the derivative circuit 2 is set so that the pulse width at the input of the amplifier 4 is 1/6 to 1/10 of the period. The amplifier 4 amplifies and reduces the pulse, making it rectangular, and wakes the terminal transistor 2. Because the collector of the terminal transistor 2 is connected to the primary winding 2 of the high-voltage transformer 2 acting as resonant frequency equal to the resonant frequency of its oscillation. In practice the optimum pulse width is 1/6 to 1/10 of the period. The first impedance 11 provides damping of the collector circuit, and the second impedance 12 provides a negative feedback for the high frequency external noise occurring when the transistor 5 is switched on and off. · The voltage waveform on the collector of the transistor 2 is almost sinusoidal. The DC voltage after the voltage multiplier 10 has a ripple only of the excitation frequency.

Na obr. 2a je zobrazen průběh napětí a proudu na kolektoru koncového tranzistoru 2 v zapojení podle předmětu vynálezu. Proud protéká koncovým tranzistorem 2 jen v té části periody, kdy je na kolektoru minimální napětí a tím jsou minimální výkonové ztráty. Vypínání kolektorového proudu koncovým tranzistorem 2 probíhá při téměř nulovém napětí na kolektoru a proto nevadí ani nepříliš strmá závěrná hrana budicího pulsu. Pro porovnání je na obr. 2b zobrazen průběh kolektorového napětí a proudu koncového tranzistoru.^, při buzení pulsy se střídou 1 : 1 v zapojení dosud používaném. Na zobrazeném průběhu je znát výrazný obsah vyšších harmonických a vyěší ztrátový výkon na koncovém tranzistoru ý..Fig. 2a shows the voltage and current waveform on the collector of the transistor 2 in the circuit according to the present invention. The current flows through the terminal transistor 2 only in that part of the period when the collector has a minimum voltage and thus the minimum power losses. The collector current is switched off by the terminal transistor 2 at almost zero voltage on the collector and therefore the steep closing edge of the excitation pulse does not matter. By way of comparison, the waveform of the collector voltage and the current of the transistor is shown in FIG. The displayed waveform shows the significant content of higher harmonics and resolves the power loss at the terminal transistor.

Zapojení podle vynálezu je vhodné zejména pro napájení obrazovek, scintilátorů, fotonásobičů a jiných obvodů v elektronově optických přístrojích.The circuit according to the invention is particularly suitable for supplying screens, scintillators, photomultipliers and other circuits in electron optical devices.

Claims

The invention is as follows

Connection of the driving stage to the high voltage power multiplier, characterized in that the rectangular oscillator (1) is coupled via the derivative circuit (2), the threshold circuit (3) and the amplifier (4) to the base of the transistor (5), the common conductor (14) and the collector are connected via the primary winding (7) of the high-voltage transformer (6) to the output terminal of the power supply (9), while the secondary winding (8) of the high-voltage transformer (6) is connected to the voltage multiplier (10). one output of which is connected to a common conductor (14) and the other forms a high voltage output terminal (13), the collector of the transistor (5) being connected via a first impedance (11) to the output terminal of the power supply (9) and an impedance (12) with a derivative circuit output (2).