ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2007, № 5, с. 138-141
_ ЛАБОРАТОРНАЯ _
- ТЕХНИКА -
УДК 537.2;537.29;621.317329
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОТКЛОНЯЮЩАЯ СИСТЕМА
© 2007 г. В. Т. Черепин, В. И. Василенко, Т. А. Красовский*, Е. А. Полуботько*
Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины Украина, 03142, Киев, просп. Вернадского, 36 *Физико-технический учебно-научный центр НАН Украины Украина, 03142, Киев, просп. Вернадского, 36 Поступила в редакцию 15.02.2007 г.
Система для электростатического отклонения высокоэнергичных (до 10 кэВ) ионных пучков на большие (до 7°) углы содержит додекапольную сборку из 12 электродов и двухканальный источник отклоняющих напряжений. Каждый канал вырабатывает два напряжения, симметрично изменяющихся от -600 до +600 В относительно земли, при этом оба напряжения отличаются по абсолютной величине на <1 В. Температурный дрейф напряжений <50 ррт/°С. Уровни выходных напряжений устанавливаются с помощью 16-разрядного ц.а.п. Источник отклоняющих напряжений выполнен в виде модуля размером 95 х 65 х 40 мм.
PACS: 41.85.-p, 41.85.Ct
Разработана система для электростатического отклонения высокоэнергичных (до 10 кэВ) ионных пучков на большие (до 7°) углы с применением додекапольной сборки из 12 электродов [1-3]. Для снижения аберраций отклонения при одновременном относительном снижении отклоняющих напряжений додекапольная система выполнена конической. Цилиндрическую заготовку из нержавеющей стали с конической полостью и с предварительно подготовленными нарезанными отверстиями для крепления в изоляторе разрезали на установке химической резки с шириной ре-за 0.4 мм (рис.1а). Компьютерное моделирование показало, что при неэквисекторных электродах и соотношении угловых протяженностей (50°-5), (20°-5) (5 - ширина зазора) однородное отклоняющее поле создается в пространстве, соответствующем нормализованной амплитуде отклонения >10-1. При этом нормализованное искажение растра не превышает 10-4 (рис. 16).
Для создания отклоняющих потенциалов на электродах додекаполя разработан двухканальный блок питания, каждый канал которого вырабатывает два напряжения, симметричных относительно общего провода (земли) и изменяющихся от -600 до +600 В.
Принципиальная схема блока питания представлена на рис. 2. Блок содержит два идентичных канала. Каждый канал представляет собой высоковольтный усилитель постоянного тока с дифференциальным выходом. На входе канала
16-разрядный ц.а.п. М2 по команде с компьютера формирует аналоговое напряжение уставки иу = = 0.. .+4.096 В, которое через повторитель на микросхеме М1 поступает на инвертирующий вход усилителя ошибки М3-1. На этот же вход микросхемы подано напряжение смещения исм = = -0.5 иу. тах = -2.048 В, чтобы напряжение на выходе канала иХ1 могло изменяться от +600 В (при иу = = 0) до -600 В (при иу = +4.096 В).
Выходное напряжение усилителя М3-1 через оп-тронную развязку ОП1-1 управляет высоковольтным полевым транзистором Т2 (иВ8тах = 1400 В). Напряжение иХ1 на стоке транзистора Т2 подается на одну группу отклоняющих электродов додекаполя. Отрицательная обратная связь (о.о.с.) в усилителе образована высокоомным делителем Л31-Л33, ^20-^23 (1 : 100) и повторителем М3-2. Цепочка С5, Л17-Л19 служит для частотной коррекции усилителя. Напряжение иХоос с выхода повторителя М3-2 подается на инвертирующий вход усилителя ошибки М3-1. При отрицательном выходном напряжении резистор Я44 и транзистор Т1 защищают транзистор Т2 от перегрузки при случайном коротком замыкании на выходе усилителя, ограничивая его ток на безопасном уровне 0.4 мА. При положительном выходном напряжении ток случайного короткого замыкания ограничивается резистором Л43, при этом транзистор Т2 заперт благодаря о.о.с. Для подавления шумов и пульсаций в выходном напряжении сток транзистора Т2 зашунтирован конденсатором С7.
Рис. 1. Додекапольная отклоняющая система (а) и эквипотенциальные линии при различных напряжениях на электродах (б). 1 - заземленный шунт; 2 - электрод; 3 - изолирующий корпус; 4 - входная диафрагма.
Данный инвертирующий усилитель является "ведущим". Аналогично устроен "ведомый" инвертирующий усилитель, содержащий: усилитель ошибки на микросхеме М4-1, оптрон ОП1-2, транзистор Т3, делитель (1 : 100), повторитель М4-2.
Выходное напряжение усилителя иХ2 подается на вторую группу отклоняющих электродов додека-поля. Напряжением установки для ведомого усилителя служит сигнал иХоос с выхода повторителя М3-2, который изменяется от -6 до +6 В. Усилитель М4-1 является точным инвертором с коэффициентом передачи -1, и так управляет транзистором Т3 (через оптрон ОП1-2), что выходное напряжение ведомого усилителя равно иХ2 = -их1. При этом напряжение на выходе повторителя М4-2 будет равным -ихоос, поэтому оно будет "уравновешивать" напряжение ихоос на входе инвертора М4-1.
Напряжения с выходов повторителей М3-2 и М4-2, равные соответственно 0.01ЦХ1(ЦХ2), пода-
ются через переключатель Х1 на неинвертирующий вход измерительного дифференциального усилителя М5. Выходное напряжение М5(иои1) должно соответствовать диапазону входных напряжений 16-разрядного а.ц.п. (0-4.096 В), с помощью которого происходит измерение и индикация на дисплее компьютера напряжений иХ1 (или иХ2 - в зависимости от положения переключателя Х1). Поэтому резисторы усилителя выбраны такими, чтобы при иХ1 (иХ2) = -600 В напряжение иоиЛ было равно нулю, а при иХ1(иХ2) = +600 В - иои = = +4.096 В.
Аналогично вышеописанному нижний по схеме канал вырабатывает выходные напряжения иУ1 = -иУ2, которые изменяются в тех же пределах и поступают на вторую пару отклоняющих групп электродов додекаполя.
Краткие технические характеристики блока питания додекаполя: диапазон напряжений на диф-
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 5 2007
О
Я ч И Б О
ч И
Т
м х
Н И
К >
ш К
о
П
м
ч И
м Н Т >
(О
о о о
+ 15
GNDA
GNDA
1 +620
2 -620
3 +12
Х3:А
1 +24
2 +15
3 GND
4 GND
Х4 +620
Х5 -620
Х6 +12
44 иум
40 ихм
41 им + 5В
43 DIN
39 SCLK
48 СИ2
50 CS1
31 REF + 4.1В
25 -15
33 AGND
21 GND
22 GND
29 + 15
45 + 24
47 + 24
10 к
пп—
М.
3|-
10 к 1
1 -ТТЛ— 430 -ПП-л 0*_|_
-2.05
л и ч и я Ё X к
м з
220 н
Рис. 2. Принципиальная схема блока питания додекаполя. М1 - ОР262, М2 - AD5541AR, М3-М6 - ОРА2277-2, М7 - REF-02; ОП - РС8178; Т1, Т4 - BC817W, Т2, Т3 -28К1317.
Х
7
ференциальных выходах иХ1(иУ1) +600.-600 В, их2(иу2) -600...+600 В; соотношения |иХ1| = |иХ21 и \иУт\ = \иУ21 выдержаны с погрешностью <±0.2%; напряжение шумов и пульсаций <20 мВ; температурный дрейф выходных напряжений <±50 ррт/°С; диапазон входных напряжений 0-4.096 В; габариты 95 х 65 х 40 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Idesowa M, Soma T, Goto E, Sasaki T. // J. Vac. Sci. and Technol. A. 1983. V. 1. № 3. P. 1322.
2. Schaeper C.H. Ibid. 1986. V. 4. № 5. P. 1237.
3. Черепин ВТ. Ионный микрозондовый анализ. Киев: Наук. думка, 1992.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА < 5 2007
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.