热阴极离子源弧流自动调节电路.pdf

2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年会 湖南·长沙 热阴极离子源弧流自动调节电路 宁澍杨健生孙雪平 (中国电子科技集团公司第四十八研究所．长沙410111) 摘要：本文介绍了具有弧流自动调节电路的弧流自动调节系统，并就其在引束过程中可以方便 地设定弧流并获得稳定弧流作一阐述。 关键词：热阴极离子源电源系统；弧流设定；弧流稳定 1．前言 离子注入机的热阴极离子源通过热阴极(即灯丝)发射的热电子轰击气体原子产生等离子体，然 后从等离子体中引出离子束。热阴极离子源在引束时可以调节的参量是灯丝电流，阳极电压．源磁场 强度和进气量。正常情况下。弧流和离子束流随着灯丝电流、阳极电压和气压的增加而增加；随着源磁 场强度的变化而出现最小值和最大值。以往的离子源系统不具有弧流自动调节电路，在引束注片时由 于灯丝电流的变化或其它因素的变化而导致弧流和离子束流的不稳定，需要不断地手动调节灯丝电 流或其它参量来修正。另外，根据注入剂量的大小调整弧流时同样需要手动凋节灯丝电流等参量方能 获得适当的弧流。针对这些问题．我们设计、研制弧流自动调节、自动稳定电路，通过计算机控制系统， 可以方便地对弧流进行设定，同时在引束过程中自动调节弧流，以获得稳定的弧流和稳定的离子束 流。 2．弧流稳定原理 图l为具有弧流自动调节系统的热阴极离子源电源系统图。 热阴极离子源电源系统由灯丝电源、阳极电源、源磁场电源、引出电源和抑制电源等组成。其中， 阳极电源及其内部的。弧流取样电路”和灯丝电源及其内部的“弧流调节电路”构成“弧流自动调节系 统”。 。弧流自动调节系统”稳定弧流过程如下： 当因进气量或者灯丝等因素的变化引起弧流变小时，阳极电源内部的弧流取样电路送出的弧流 采样值低于弧流设置值，则灯丝电源内部的弧流调节电路输出的灯丝电压调节信号增大，使得灯丝电 源的输出电压VOl增大，从而增大了灯丝电流lK，使得弧流相应增大，补偿了弧流的减小，从而获得 稳定的弧流。 注片时，根据注入剂量的情况，通过计算机控制系统可以方便地设置离子束流和弧流。根据弧流 设置值，弧流自动调节电路将自动调节灯丝电源电压，使其输出一定的灯丝电流以获得相应的弧流。 若弧流设置值低于弧流采样值，则弧流调节电路输出的灯丝电压调节信号变小，使得灯丝电源的输出 电压V01变小，即减小了灯丝电流IK，使得弧流相应变小，从而获得预期的弧流。 也就是说，热阴极离子源电源系统通过计算机控制系统对弧流进行预置，通过阳极电源对弧流进 行采样，由灯丝电源根据弧流预置值和采样值进行比较来调节灯丝电流IK，从而达到稳定弧流的目 的。 一206一 2005年12月 第十三届全啊电子柬·离子束·光子束学术年套 湖南·长沙 图1热阴极离子源电源系统 一207一 2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子柬学术年会 湖南·长沙 Z1．弧流取样电路及其工作原理。 弧流取样电路如图2所示。 输入 输入 图2弧流取样电路 弧流取样电路工作原理如下： 弧流由输入“+“流人，由输人“一”流出。V2、V3、V4为保护二极管，限制Rl、R2、R3上的压降不大 于0．8V。起到保护NI的作用。Nl为模拟选通开关。N2为1：l反相器，其输出弧流监示信号给计算机 控制器。V17为线性光耦，它与运放N4和装在弧流调节电路中的运放N2一同组成l：l的线性隔离放 大器。N3为同相放大器，其输出的弧流采样信号经线性隔离放大器隔离输出给弧流调节电路。 根据注人剂量的要求，弧流采样范围为1．5mA—15A，范围较宽，故分为5档调节。各档量程范围如 下： 运放N3输出的弧流采样信号范围为-0．5v一-5v。 放N3输出的弧流采样信号范围为一0．5v--5v。 -208-