JP2001076897A - Microwave oscillator - Google Patents

Microwave oscillator

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JP2001076897A
JP2001076897A JP24870699A JP24870699A JP2001076897A JP 2001076897 A JP2001076897 A JP 2001076897A JP 24870699 A JP24870699 A JP 24870699A JP 24870699 A JP24870699 A JP 24870699A JP 2001076897 A JP2001076897 A JP 2001076897A
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JP
Japan
Prior art keywords
voltage
magnetron
high voltage
microwave
generating
Prior art date
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Pending
Application number
JP24870699A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Koizumi
豊 小泉
Ryuichi Jinbo
隆一 神保
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave oscillator using a magnetron, improving in stability and startup property by connecting a plurality of MOS-FETs in series to allow the use of a bias voltage to be supplied to the magnetron as a substitute for a vacuum tube. SOLUTION: A microwave oscillator comprises a high voltage power supply 11 capable of generating a DC high voltage of few kilovolts (3 KV or so), a constant voltage generation part 12A for applying the DC high voltage of few kilovolts partially to a plurality of MOS-FETs connected in series to generate a bias voltage (2.5 KV or so) to be supplied to a magnetron 14, the magnetron 14 for generating microwaves in accordance with the bias voltage and a cavity resonator 15 for generating a plasma in accordance with the microwaves.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンを使
用したマイクロ波発振器に関するものであり、特にマグ
ネトロンに供給するデバイス電圧の安定化を図ったマイ
クロ波発振器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave oscillator using a magnetron, and more particularly to a microwave oscillator for stabilizing a device voltage supplied to the magnetron.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術におけるマイクロ波発振器は、
図2に示すように、ほぼ3KV程度の高電圧を出力する
高電圧電源11と、この3KVの高電圧に基づいてマグ
ネトロンに印加するバイアス電圧を生成する定電圧発生
部12と、定電圧発生部12の電流を指令する電流指令
入力部13と、マイクロ波を発生させるマグネトロン1
4と、このマイクロ波により共振させてプラズマを励起
する空洞共振器15とから構成されている。
2. Description of the Related Art Microwave oscillators in the prior art are:
As shown in FIG. 2, a high voltage power supply 11 for outputting a high voltage of about 3 KV, a constant voltage generator 12 for generating a bias voltage to be applied to the magnetron based on the high voltage of 3 KV, and a constant voltage generator And a magnetron 1 for generating microwaves.
4 and a cavity resonator 15 that resonates with the microwave to excite plasma.

【0003】定電圧発生部12は、5極管16と、5極
管16の制御格子G1の電流を制御する制御トランジス
タTrとから構成され、制御トランジスタTrは外部の
電流指令入力部13により制御される構成になってお
り、5極管16の制御格子の電流を制御して、マグネト
ロン14に供給するバイアス電圧を生成する。この5極
管16は、陽極Pと陰極Kとの間に制御格子G1、遮蔽
格子G2、抑制格子G3を備えた構造となっている。
The constant voltage generator 12 comprises a pentode 16 and a control transistor Tr for controlling the current of a control grid G1 of the pentode 16. The control transistor Tr is controlled by an external current command input unit 13. A bias voltage to be supplied to the magnetron 14 is generated by controlling the current of the control grid of the pentode 16. The pentode 16 has a structure including a control grid G1, a shielding grid G2, and a suppression grid G3 between the anode P and the cathode K.

【0004】このような構成からなるマイクロ波発振器
は、先ず、ほぼ3KV程度の高電圧電源11から5極管
16による定電圧発生部12を通してマグネトロン14
をバイアスするバイアス電圧を生成する。この時、マグ
ネトロン14の陽極側が接地されているため、陰極に−
2.5KV程度の負の高電圧がかかる。又、ヒータを兼
ねた陰極にはヒータ電源17が接続されている。この
時、マグネトロン14からは、電流にほぼ比例したほぼ
一定周波数のマイクロ波が出力される。定電圧発生部1
2の指令値は電流指令入力により外部から可変され、マ
イクロ波出力電力の調整に使用される。マイクロ波出力
は空洞共振器15に導かれ、空洞共振器15中のエネル
ギーの集中する点でプラズマが励起される。
A microwave oscillator having such a configuration is first provided with a magnetron 14 from a high voltage power supply 11 of about 3 KV through a constant voltage generator 12 using a pentode 16.
To generate a bias voltage for biasing. At this time, the anode side of the magnetron 14 is grounded.
A negative high voltage of about 2.5 KV is applied. Further, a heater power supply 17 is connected to the cathode which also functions as a heater. At this time, the magnetron 14 outputs a microwave having a substantially constant frequency substantially proportional to the current. Constant voltage generator 1
The command value of 2 is externally changed by the current command input and is used for adjusting the microwave output power. The microwave output is guided to the cavity 15, and the plasma is excited at a point where the energy in the cavity 15 is concentrated.

【0005】[0005]

【発明が解決するための課題】しかしながら、電子調理
器等でマグネトロンを使用する場合は、商用電源をリー
ケージトランスで昇圧、半波整流又は全波整流した脈流
電圧を用いて動作させている。この場合、電流はリーケ
ージトランスの特性によって決まる。
However, when a magnetron is used in an electronic cooker or the like, a commercial power supply is operated by using a pulsating voltage that has been boosted by a leakage transformer, half-wave rectified or full-wave rectified. In this case, the current is determined by the characteristics of the leakage transformer.

【0006】しかし、分析器に使用するプラズマは常に
同じ温度、密度であることが要求されるため、マイクロ
波も常に一定の出力であることが要求される。マグネト
ロンのバイアス電圧には略2.5KV程度の直流高電圧
が必要になるため、その高電圧電源には3KV程度の高
電圧が供給できる能力が必要となる。このような高電圧
で十分安全な動作領域を持った単体の素子は存在しな
い。そのため、比較的過大電圧に対して堅牢な真空管が
従来から広く用いられてきた。しかし、真空管の殆どは
製造中止となっており、また、現在生産されている場合
も入手性、品質に問題がある場合が多い。また、電源投
入後から安定に動作するまでに長時間待つ必要があると
いう、いわゆる予熱時間が必要という問題がある。
However, since the plasma used for the analyzer is required to always have the same temperature and density, the microwave is also required to always have a constant output. Since a high DC voltage of about 2.5 KV is required for the bias voltage of the magnetron, the high voltage power source needs to be capable of supplying a high voltage of about 3 KV. There is no single element having a sufficiently safe operation area at such a high voltage. For this reason, vacuum tubes that are robust against relatively excessive voltages have been widely used. However, most of the vacuum tubes have been discontinued, and even if they are currently produced, there are many problems in availability and quality. In addition, there is a problem that a so-called preheating time is required, that is, it is necessary to wait for a long time after the power is turned on until a stable operation is performed.

【0007】従って、予熱時間が不要でしかも特性のよ
いスイッチング素子、特にMOSーFETを使用して、
2.5KV程度の直流高電圧のバイアス電圧を生成でき
ること及び高圧電源の3KV程度を供給しても耐えられ
る回路構成に解決しなければならない課題を有してい
る。
Therefore, by using a switching element which does not require a preheating time and has good characteristics, in particular, a MOS-FET,
There is a problem that a bias voltage of a DC high voltage of about 2.5 KV can be generated and a circuit configuration that can withstand a supply of about 3 KV of a high-voltage power supply must be solved.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るマイクロ波発振器は、数キロボルトの
直流高電圧を発生することができる高電圧電源と、前記
数キロボルトの直流高電圧を直列に接続してある複数の
スイッチング素子に分圧して印加して、マグネトロンに
供給するバイアス電圧を生成する定電圧発生部と、該バ
イアス電圧に基づいてマイクロ波を発生させるマグネト
ロンと、該マイクロ波に基づいてプラズマを発生させる
空洞共振器とからなる。
In order to solve the above-mentioned problems, a microwave oscillator according to the present invention comprises a high voltage power supply capable of generating a DC high voltage of several kilovolts, and a DC high voltage of several kilovolts. Is applied to a plurality of switching elements connected in series to generate a bias voltage to be supplied to a magnetron; a magnetron that generates a microwave based on the bias voltage; And a cavity resonator for generating plasma based on the waves.

【0009】また、前記スイッチング素子はMOSーF
ETであること;前記数キロボルトの高電圧は直流電圧
のほぼ3KVであり、前記バイアス電圧は直流電圧のほ
ぼ2.5KVである。
The switching element is a MOS-F
ET; the high voltage of several kilovolts is approximately 3 KV of DC voltage, and the bias voltage is approximately 2.5 KV of DC voltage.

【0010】このように直流高電圧を発生させるのに、
直流高電圧を分圧させることによって一般の市場に流通
しているスイッチング素子、例えば、MOSーFETを
使用してバイアス電圧を生成することが可能になる。
In order to generate a DC high voltage as described above,
By dividing the DC high voltage, it becomes possible to generate a bias voltage using a switching element, for example, a MOS-FET, which is distributed on the general market.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るマイクロ波発
振器の実施の形態について図面を参照して説明する。
尚、従来技術と同じものには同じ符号を付けて説明す
る。
Next, an embodiment of a microwave oscillator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The same components as those in the prior art will be described with the same reference numerals.

【0012】本発明に係るマイクロ波発振器は、図1に
示すように、直流高電圧の略3KV程度の高電圧を出力
する高電圧電源11と、この直流高電圧3KVに基づい
てマグネトロン14に印加するバイアス電圧を生成する
定電圧発生器12Aと、定電圧発生器12Aの電流を指
令する電流指令入力部13と、マイクロ波を発生させる
マグネトロン14と、このマイクロ波により共振させて
プラズマを励起する空洞共振器15とから構成されてい
る。制御トランジスタTrは外部の電流指令入力部13
により制御され、マグネトロン14に供給するほぼ2.
5KVの高電圧であるバイアス電圧を制御する。
As shown in FIG. 1, the microwave oscillator according to the present invention supplies a high voltage power supply 11 for outputting a high DC voltage of approximately 3 KV and a magnetron 14 based on the DC high voltage 3 KV. Constant voltage generator 12A that generates a bias voltage to be applied, a current command input unit 13 that commands the current of the constant voltage generator 12A, a magnetron 14 that generates a microwave, and resonates with the microwave to excite plasma. And a cavity resonator 15. The control transistor Tr is connected to an external current command input unit 13.
And supplies the magnetron 14 with approximately 2.
The bias voltage, which is a high voltage of 5 KV, is controlled.

【0013】定電圧発生部12Aは、高電圧電源11か
らの高電圧(実施例において直流高電圧のほぼ3KV)
を分圧して印加するため直列に接続した加圧抵抗群A及
び制御抵抗群Bを並列に設け、その抵抗群A、Bの間に
直列に複数個のスイッチング素子、実施例において、M
OSーFET18を配設した構成となっている。具体的
には、MOSーFET18のゲートGには制御抵抗群B
の抵抗R1を介して接続し、ドレインD側には加圧抵抗
群Aの分圧するための抵抗R2を接続し、この抵抗R2
の出力側にソースS側を接続した構成となっている。こ
のように、MOS−FET18をn個直列に接続する構
成にすると、供給する電源電圧の値(実施例の3KV)
からMOS−FET18が耐えられる耐電圧に分圧でき
る個数のMOS−FET18を配列して、所望のデバイ
ス電圧(実施例の2.5KV)を生成すればよい。
The constant voltage generator 12A is provided with a high voltage from the high voltage power supply 11 (in the embodiment, a DC high voltage of approximately 3 KV).
A resistance group A and a control resistance group B connected in series to divide and apply a voltage are provided in parallel, and a plurality of switching elements are connected in series between the resistance groups A and B.
The OS-FET 18 is provided. Specifically, the gate G of the MOS-FET 18 has a control resistor group B
And a resistor R2 for dividing the voltage of the pressurizing resistor group A is connected to the drain D side, and this resistor R2
Is connected to the source S side. As described above, when the n MOS-FETs 18 are connected in series, the value of the power supply voltage to be supplied (3 KV in the embodiment)
The number of MOS-FETs 18 that can be divided to a withstand voltage that can be withstood by the MOS-FETs 18 may be arranged to generate a desired device voltage (2.5 KV in the embodiment).

【0014】このような構成からなるマイクロ波発振器
は、先ず、ほぼ3KV程度の高電圧電源11から直列接
続されたMOSーFET18による定電圧発生部12A
を通してマグネトロン14をバイアスするバイアス電圧
を生成する。この時、マグネトロン14の陽極側が接地
されているため、陰極に−2.5KV程度の負の高電圧
がかかる。又、ヒータを兼ねた陰極にはヒータ電源17
が接続されている。この時、マグネトロン14からは、
電流にほぼ比例したほぼ一定周波数のマイクロ波が出力
される。定電圧発生部12Aの指令値は電流指令入力に
より外部から可変され、マイクロ波出力電力の調整に使
用される。マイクロ波出力は空洞共振器15に導かれ、
空洞共振器15中のエネルギーの集中する点でプラズマ
が励起される。
The microwave oscillator having the above-mentioned configuration is firstly constituted by a constant voltage generator 12A composed of a MOS-FET 18 connected in series from a high voltage power supply 11 of about 3 KV.
To generate a bias voltage for biasing the magnetron 14. At this time, since the anode side of the magnetron 14 is grounded, a negative high voltage of about -2.5 KV is applied to the cathode. Further, a heater power supply 17 is provided for the cathode also serving as a heater.
Is connected. At this time, from the magnetron 14,
A microwave having a substantially constant frequency that is substantially proportional to the current is output. The command value of the constant voltage generator 12A is externally changed by the current command input, and is used for adjusting the microwave output power. The microwave output is guided to the cavity resonator 15,
The plasma is excited at the point where energy is concentrated in the cavity resonator 15.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、直流高電圧を分圧
した電圧を直列に接続してある複数個のMOSーFET
に供給するようにしたことにより、それぞれのMOSー
FETの耐電圧に合わせた電圧にして所望のデバイス電
圧を生成することができる。そのため、大量生産されて
いるスイッチングレギュレータ用のものを使用すること
ができるため、安価で安定した品質を確保できると共
に、立ち上がり特性は極めて良いMOS−FETを使用
するため、電源投入後すぐに安定した動作をさせること
ができるという効果がある。
As described above, a plurality of MOS-FETs in which a voltage obtained by dividing a DC high voltage is connected in series
, It is possible to generate a desired device voltage with a voltage corresponding to the withstand voltage of each MOS-FET. Therefore, a switching regulator that is mass-produced can be used, so that inexpensive and stable quality can be ensured, and a MOS-FET with a very good start-up characteristic is used. There is an effect that the operation can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明に係るMOSーFETを使用したマイ
クロ波発振器の略示的な回路図である。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a microwave oscillator using a MOS-FET according to the present invention.

【図2】従来技術における5極管を利用したマイクロ波
発振器の略示的な回路図である。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a microwave oscillator using a pentode according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11;高電圧電源、12A;定電圧発生部、13;電流
指令入力部、14;マグネトロン、15;空洞共振器、
16;ヒータ電源、18;MOSーFET
11; high-voltage power supply; 12A; constant voltage generator; 13; current command input unit; 14; magnetron;
16; heater power supply, 18; MOS-FET

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】数キロボルトの直流高電圧を発生すること
ができる高電圧電源と、前記数キロボルトの直流高電圧
を直列に接続してある複数のスイッチング素子に分圧し
て印加して、マグネトロンに供給するバイアス電圧を生
成する定電圧発生部と、該バイアス電圧に基づいてマイ
クロ波を発生させるマグネトロンと、該マイクロ波に基
づいてプラズマを発生させる空洞共振器とからなるマイ
クロ波発振器。
1. A high-voltage power supply capable of generating a DC high voltage of several kilovolts, and said DC high voltage of several kilovolts is divided and applied to a plurality of switching elements connected in series, and is applied to a magnetron. A microwave oscillator comprising: a constant voltage generator for generating a bias voltage to be supplied; a magnetron for generating a microwave based on the bias voltage; and a cavity resonator for generating a plasma based on the microwave.
【請求項2】前記スイッチング素子はMOSーFETで
ある請求項1に記載のマイクロ波発振器。
2. The microwave oscillator according to claim 1, wherein said switching element is a MOS-FET.
【請求項3】前記数キロボルトの高電圧は直流高電圧の
略3KVであり、前記デバイス電圧は直流高電圧の略
2.5KVである請求項1に記載のマイクロ波発振器。
3. The microwave oscillator according to claim 1, wherein the high voltage of several kilovolts is a DC high voltage of about 3 KV, and the device voltage is a DC high voltage of about 2.5 KV.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6803680B2 (en) * 2002-09-13 2004-10-12 Mia-Com, Inc. Apparatus, methods, and articles of manufacture for a switch having sharpened control voltage

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