JP3642470B2

JP3642470B2 - パルサー電源

Info

Publication number: JP3642470B2
Application number: JP2000097277A
Authority: JP
Inventors: 敏北村
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001283767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）のイオン打ち出しに用いられるパルサー電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の飛行時間型質量分析計のイオン打ち出しに用いられているパルサー電源の構成を示す図である。パルサー電源は溜めた電荷を発射するプッシュ・プレートへパルス電圧を出力する回路出力部Ｂと出力電圧を制御する制御部Ａとからなっている。回路出力部Ｂは高圧電源９、電荷を大量に溜めるコンデンサ８、出力電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのＭＯＳＦＥＴ５と抵抗６、プッシュ・プレート１０へ電圧を与える際のリンギング防止のための抵抗７とから構成されている。出力電圧を制御するための制御部Ａはパルス信号を発生させるパルス発生器１、ＭＯＳＦＥＴ５と制御回路の電位をアイソレーションするためのパルストランス３、ＭＯＳＦＥＴ５を高速に駆動するためのＭＯＳＦＥＴドライバー４から構成されている。
【０００３】
次に、パルサー電源の動作を説明すると、パルス発生器１で発生させたパルス信号はコンパレータ２、パルストランス３、ＭＯＳＦＥＴドライバー４を通してＭＯＳＦＥＴ５に与えられ、この信号によってＭＯＳＦＥＴ５はＯＮ／ＯＦＦする。入力パルスがＯＮのとき、ＭＯＳＦＥＴ５もＯＮ状態（低抵抗）となり、コンデンサ８に蓄えられた電荷が抵抗６を通してＧＮＤ（アース）へ流れる。このとき、プッシュ・プレート１０の電圧が上昇する。また、入力パルスがＯＦＦのとき、ＭＯＳＦＥＴ５もＯＦＦ状態（高抵抗）となり、高圧電源９の高電圧は遮断され、プッシュ・プレート１０にたまった電荷が抵抗７、抵抗６を通して放電され、電圧は降下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来の回路を用いてパルスをＯＮ／ＯＦＦしたときの出力波形は、図４に示す波形となる。図４（ａ）はパルス発生器１の出力、図４（ｂ）はプッシュ・プレート１０への入力パルス（ＭＯＳＦＥＴ５の出力パルス）である。図４において注目する点は、パルスＯＦＦ時にすぐ、ＭＯＳＦＥＴ出力は０ボルトとならずに、テーリング電圧が発生してしまうことである。パルスＯＦＦ後にテーリング電圧が発生する原因としては２つのことが考えられている。第１はＭＯＳＦＥＴの端子間に容量があるため、高速パルスをゲートから入力することにより、出力に若干の漏れ信号が出てくるためである。第２はパルスＯＦＦ時にＭＯＳＦＥＴが完全にＯＦＦにならずに出力端子から数マイクロアンベア程度の電流が流れ続けてしまうため、抵抗６にこの電流が流れて電圧が発生してしまうためである。この抵抗６はＭＯＳＦＥＴがＯＮになったときの電流制限抵抗であるため、数十キロΩ程度とかなり高い値にする必要がある。
【０００５】
図５はテーリング電圧によるイオン打ち出しへの影響を説明する図である。図において、イオン源２１から放出されるイオンビーム２２はイオン溜へドリフトし、パルサー電源からのパルスがＯＮのとき、イオン溜のイオンはプッシュ・プレート１０からグリッド２３を通して加速部・分光部２４へ押し出されて分析されるが、パルサー電源ＯＦＦ時にはプレート間にイオンをため込む作業が行われる。イオン源２１からイオン溜に入力されるイオンビーム２２のエネルギーは数ｅＶと小さいため、プッシュ・プレート１０に少しでも電圧（０．１Ｖ程度）がかかっていると、入力ビームは破線２５のように曲がってしまい、場所により発射位置が異なって精密な測定の阻害になってしまう。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためのもので、イオン打ち出しプレートのイオン溜にイオンビームが曲がることなく挿入できるようにして分解能を改善することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パルス発生器からのパルス信号により第１のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦしてイオン打ち出しパルスを出力するパルサー電源において、前記第１のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦを検出する電流検出抵抗と、電流検出抵抗に直列に接続され、電流検出抵抗の電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される第２のトランジスタを備え、前記第２のトランジスタと電流検出抵抗により第１のトランジスタがＯＦＦした後の残留電圧を吸収するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明のパルサー電源の回路図である。本発明においては、図３に示した従来の回路の抵抗６の代わりに高耐圧のＭＯＳＦＥＴ１４、ＭＯＳＦＥＴ１２、電流検出抵抗６（１０〜１００Ω程度）、抵抗１１、直流１５Ｖ電源１３を追加したもので、他の回路構成は図３のものと同様である。
電流検出抵抗６（１０〜１００Ω程度）の定数の決め方は、ＭＯＳＦＥＴ１４がＯＮになったときに流れる電流を１ｍＡ（通常５〜１０ｍＡ程度）に決定する。ＭＯＳＦＥＴ１２がＯＮになる電圧は０．７Ｖ程度なので、オームの法則Ｖ＝Ｉ×Ｒから最低抵抗値を求めることができる。
【０００９】
次に、図２を参照して本発明のパルサー電源の動作を説明する。図２（ａ）はパルス発生器１の出力、図２（ｂ）はＭＯＳＦＥＴ１４のゲート端子電圧、図２（ｃ）はプッシュ・プレート１０への入力電圧波形である。パルス発生器１で発生したＯＮ／ＯＦＦパルス信号に従って、ＭＯＳＦＥＴ５がＯＮ／ＯＦＦするのは図３の場合と同様である。ＭＯＳＦＥＴ５がＯＮになったとき、ＦＥＴ１４、抵抗６を通してＧＮＤ（アース）に電流が流れる。そしてＦＥＴ１２のゲート端子の電圧が０．７Ｖ以上になったとき、ＦＥＴ１２がＯＮとなり、ＦＥＴ１４のゲート端子の電圧が０Ｖとなる。このため、ＦＥＴ１４がＯＦＦとなり、高抵抗状態となって、ＭＯＳＦＥＴ５の負荷が高抵抗状態となりプッシュ・プレート１０の電圧が上昇する。
【００１０】
ＭＯＳＦＥＴ５がＯＦＦの時、ＦＥＴ１４、抵抗６には微小な漏れ電流しか流れないため、ＦＥＴ１２のゲート端子の電圧は０．７Ｖ以下なので、ＦＥＴ１２がＯＦＦとなり、ＦＥＴ１４のゲート端子は１５Ｖに戻る。このため、ＦＥＴ１４はＯＮ状態（低抵抗）となり、ＭＯＳＦＥＴ５からの漏れ電流やＭＯＳＦＥＴ５のゲートを駆動する時に出力に発生する微小な電圧を吸収してプッシュ・プレート１０への電圧を確実に０Ｖとする。
【００１１】
このようにＭＯＳＦＥＴ５のＯＮ／ＯＦＦに合わせて、負荷抵抗の抵抗値を変化させることによって、パルスＯＦＦ時、出力にテーリングを起こすことのないパルスを作ることができる。なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、色々な変形が可能であり、例えば、高速応答が必要なＦＥＴ１２にトランジスタ等の別のデバイスを用いることも可能である。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、飛行時間型出力分析計のイオン打ち出しパルスを作り出す電源において、パルスＯＦＦ後に発生する電圧をトランジスタ（ＦＥＴ）を用いてＧＮＤにショートすることにより、テーリング電圧の発生を取り除くことができ、これによりイオン打ち出し電極のイオン溜にイオンビームが曲がることなく挿入できるようになり、分解能を改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパルサー電源の回路図である。
【図２】本発明のパルサー電源の動作を説明する図である。
【図３】従来の飛行時間型質量分析計のイオン打ち出しに用いられているパルサー電源の構成を示す図である。
【図４】図３のパルサー電源の動作を説明する図である。
【図５】テーリング電圧によるイオン打ち出しへの影響の説明図である。
【符号の説明】
１…パルス発生器、２…高速コンパレータ、３…パルストランス、４…ＭＯＳＦＥＴドライバー、５…ＭＯＳＦＥＴ、６…抵抗、８…コンデンサ、９…高圧電源、１０…プッシュ・プレート、１１…抵抗、１２…ＭＯＳＦＥＴ、１３…直流電源、１４…ＭＯＳＦＥＴ。

Claims

パルス発生器からのパルス信号により第１のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦしてイオン打ち出しパルスを出力するパルサー電源において、前記第１のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦを検出する電流検出抵抗と、電流検出抵抗に直列に接続され、電流検出抵抗の電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される第２のトランジスタを備え、前記第２のトランジスタと電流検出抵抗により第１のトランジスタがＯＦＦした後の残留電圧を吸収するようにしたことを特徴とするパルサー電源。