يعد استخدام المضاعف الكهروضوئي طريقة بسيطة للغاية للحصول على أعلى حساسية للكاشف الضوئي ، حتى تسجيل فوتونات مفردة بسرعة ممتازة. وبالنظر إلى كتلة PMTs المنتجة في الاتحاد السوفياتي والتي لا تزال ترقد في المستودعات ، فهي أيضًا غير مكلفة نسبيًا (لا تزال PMTs "الملكية" الحديثة باهظة الثمن لاستخدام الهواة). ولكن لتزويد المضاعف الضوئي ، هناك حاجة إلى مصدر الجهد من 1-3 كيلو فولت ، وعلاوة على ذلك ، أنها مستقرة جدا.
والحقيقة هي أن حساسية PMT تعتمد على الجهد الأنود أضعافا مضاعفة وبشكل حاد: فهو يزيد 10 مرات مع زيادة في الجهد بنسبة 80-300 V ، وهذا يتوقف على نوع PMT. وإذا كان من الضروري ضمان استقرار الكسب على مستوى النسبة المئوية ، فمن الضروري بالنسبة لبعض PMTs ألا يتغير الجهد بأكثر من 0.1-0.3 فولت!
في هذه المقالة ، أعطي رسم تخطيطي لمصدر الجهد العالي ل PMT ، والتي أثبتت نفسها في المختبر. إنه يوفر جهد إخراج من عدة مئات إلى 1500 فولت مع تيار إخراج يصل إلى 1 مللي أمبير واستقرار لا يزيد عن 0.2 فولت في الساعة مع استهلاك تيار مستمر بعد التسخين. يزيد التعديل البسيط من الحد الأعلى للجهد الكهربي إلى 3 كيلو فولت ، على حساب أقل ثباتًا.
مخطط
أساس المصدر هو عاكس دفع يعمل على محول لمصابيح CCFL. يرصد العاكس على أساس رقاقة محلية لكوابح الإلكترونية - KF1211EU1. لم أجد أي مساوٍ لهذه الشريحة المعروضة للبيع: يمكنها التحكم مباشرة في بوابات الترانزستورات ذات التأثير الميداني وللتشغيل لا تحتاج إلا إلى عنصرين خارجيين (مقاوم توقيت ومكثف) ، بينما يعمل بانتظام من 5 فولت وغير مكلف. لسوء الحظ ، لم تنتج شركة NPO Delta هذه الرقاقة لفترة طويلة ، لكنها لا تزال معروضة للبيع وليس من الصعب الحصول عليها. لا تحتوي هذه الدائرة المصغرة على وسيلة لتنظيم دورة التشغيل ، لكننا لسنا في حاجة إليها - يتم التحكم في جهد الخرج عن طريق تغيير الجهد الكهربائي لمرحلة خرج العاكس. العنصر الأساسي هو نوع الترانزستور المزدوج N-MOS VT1 IRF7341. تقلل مقاومات R2 و R3 من التيارات عند إعادة شحن المكثفات البوابة.
يعمل العاكس بتردد 40 كيلو هرتز. لقد ثبت بشكل تجريبي أن المحول المستخدم في هذا التردد يعمل بشكل أفضل ولديه أفضل كفاءة. تم ضبط هذا التردد من خلال السلسلة R1C1.
لقد استخدمت المحول من سلسلة TMS91429CT ، التي لها لفتان متطابقتان أوليتان وثانيتان متطابقتان معزولتان عن بعضهما البعض. هذا يجعل من الممكن استبعاد مضاعف الجهد بخسائر كبيرة ، واستبداله بمقومين أحادي الدورة ، تضاف فولت الفولتية إلى الخارج ، مما يجعلهما لا يشكلان مظهرًا عاديًا تمامًا ، ولكن بشكل أساسي نفس المعدل ثنائي الشوط. يعمل التكوين الموضح في الرسم التخطيطي مع هذا المحول بشكل أفضل إلى حد ما من المحول الكلاسيكي "بنقرة من المنتصف". إذا كانت هناك حاجة إلى ارتفاع الفولتية ، يمكن تجميع المضاعف في كل من "نصفي".
يشكّل المقاوم R8 والمكثف C9 مرشحًا يقلل تموج الجهد العالي. يقلل المقاوم R10 من خطر حدوث صدمة كهربائية قاتلة: على الرغم من أن التيار المباشر المتولد عن هذا المصدر لا يشكل أي خطر جسيم ، فإن الطاقة المخزنة في المكثف C9 تكفي للقتل ، ويقتصر الذروة الحالية لتصريفها على ~ 60 مللي أمبير في الحد الأقصى من الجهد
يقلل هذا الاحتمال (مع التعرض على المدى القصير - مئات من الثانية ، وهذا التيار ليس عادة قاتلا). ومع ذلك ، في التيار من 1 مللي أمبير ، يسقط 22 فولت على هذا المقاوم ، وهو على الأرجح غير مقبول. لذلك ، إذا كانت هناك حاجة إلى التيارات لأكثر من مائة ميكروبم ، فيجب إزالتها ، ولكن في هذه الحالة ، تذكر أن الجهد الناتج للمصدر
قاتل . مع المقاوم R10 ، أيضا ، ولكن الخطر ليس كبيرا جدا.
يتم تغذية الجهد الناتج ، مقسوماً على مقسم R7R9 500 مرة ، إلى مدخلات مكبر للصوت خطأ على المرجع أمبير DA1.2. يتم توفير الجهد المرجعي لمدخلاته الثانية (عبر مكرر في DA1.1) ، والذي يحدد الجهد الناتج ، والذي ، وفقا لنسبة تقسيم مقسم R7R9 ، سيكون 500 مرة أعلى (على سبيل المثال ، في الجهد المرجعي من 3 V ، سيكون الناتج 1.5 كيلو فولت). يتم تحديد كسب مكبر للصوت خطأ تجريبيا. تزيد الزيادة من دقة التثبيت ، ولكنها تقلل الثبات. Capacitor C8 يعوض عن التأخير في حلقة ردود الفعل ويضمن استقرار التنظيم. تمثل نسبة كسب مكبّر الخطأ وثابت وقت دائرة R6C8 حلاً وسطًا بين دقة الحفاظ على جهد الخرج والوقت الذي يستغرقه إنشاءه.
يتم توفير الجهد الناتج من مكبر للصوت خطأ لعنصر التحكم - p-MOS الترانزستور VT2. يتم إغلاق الترانزستور تمامًا عندما يكون الجهد عند خرج DA1.2 قريبًا من فولطية التزويد (أي إذا كان الجهد العالي أعلى بكثير من القيمة المحددة) ، ويفتح بالكامل عندما يتم تقليله إلى صفر (بجهد منخفض جدًا) ، مما يضمن صيانته بمستوى أعلى قليلاً الجهد المرجعي مضروب في عامل القسمة. لا تعمل جميع الترانزستورات MOS بشكل جيد في الوضع الخطي ، والواحد المشار إليه في الدائرة يجعل هذا مقبولًا تمامًا. يمنع المقاوم R4 عدم ثبات المرجع عند التشغيل على حمولة سعوية ، والتي هي بوابة الترانزستور.
يمكن استخدام مقياس الجهد متعدد المنعطفات والمصدر من مصدر جهد ثابت كمصدر للجهد المرجعي ، ولكن مع زيادة متطلبات الاستقرار قد لا يكون كافياً ، لأنه حتى أفضل هذه المقاومات المتغيرة "ضوضاء" إلى حد ما ، وتغيير المقاومة بشكل عشوائي حدود صغيرة ، حتى لو لم يتم لمس مقبض الضبط. لزيادة ذلك ، من المستحسن قصر نطاق التوليف السلس على 100-200 فولت وإدخال مفتاح لإعداد منفصل للجهد الخشن. خيار آخر هو جعل ION الرقمية على أساس نوع من DAC.
هذه الدائرة يعطي الجهد العالي من علامة إيجابية. إنه مناسب لاستخدام جهد تزويد سلبي مع أنود مؤرض لتزويد PMT بالطاقة. لهذا ، يجب تعديل الدائرة - أولاً ، عن طريق تغيير قطبية الثنائيات في الجزء عالي الجهد. ثانياً ، من الضروري إدخال مضخم تشغيلي آخر في الدائرة. بدلاً من مقسم R9R7 ، لدينا مضخم قلب مقلوب مع زيادة قدرها 1/500 على DA2 op amp ، والمقاومات R9 و R7 موجودة في دارة OOS.
للحصول على 3 كيلو فولت ، يجب عليك استبدال المقومات في الدوائر الثانوية بمضاعفات الجهد وزيادة R9 إلى 100 MΩ. في الوقت نفسه ، فإن الاستقرار سوف يزداد سوءًا مرتين تقريبًا.
المكونات والتركيب
يمكن استخدام المكثفات والمقاومات ذات الحجم 0805 أو حتى 0603 في دوائر الجهد المنخفض والمنخفضة التيار. المكثف C4 هو مكثف غشاء ، حيث يتدفق خلاله تيار نابض ملحوظ وسيُسخن مكثف SMD الخزفي هنا وسيفشل بسرعة.
من جانب الجهد العالي ، من الضروري تركيب جميع دوائر التيار المتردد في أقصر وقت ممكن ، وإلا فإنها تشع بقوة (ومع ذلك ، تذكر ملاحظة الفجوات العازلة). يتم طلب الثنائيات كل من الثنائيات المتصلة بسلسلة من 1000 V. بسبب نقص الثنائيات بسرعة 1000 V في المتاجر ، يتم استخدام الثنائيات الناتج نسخة SMD HER1008 ، المثبتة في اثنين في سلسلة. لتقليل طول المحطات الطرفية ، يتم تثبيتها تحت غطاء الصمام الثنائي وقطعت ، وبالتالي ، يتم إعادة بناء الصمام الثنائي في مصلحة الارصاد الجوية. في هذه الحالة ، يتم لحام أنود الصمام الثنائي في الزوج إلى كاثود الثاني مباشرة وأقرب وقت ممكن إلى إخراج الإخراج من السكن ، وليس من خلال الموصل المطبوع. تتكون المكثفات C6 و C7 أيضًا من أربعة مكثفات 0.015 uF x 1000 V بحجم 1812 ، متصلة بشكل متوازي متسلسل ومتصلة بـ "whatnot" فوق بعضها البعض. Capacitor C9 من النوع التعسفي - استخدمت بطارية من K15-4 المحلي ، مملوءة بمركب لضمان الموثوقية.
المقاوم R8 - الحجم 2512. يتكون R10 من عشرة من هذه المقاومات متصلة في سلسلة على لوحة صغيرة منفصلة ومملوءة بمركب عازل. يمكنك أن تفعل الشيء نفسه مع R9 ، أو استخدام المقاوم لسلسلة FHV-100. وهو مثالي تمامًا لوضع مقسم سلسلة Caddock THV10. يعتمد انجراف الجهد على الثبات الحراري لهذا المقاوم (ويتم تسخينه بالتيار الذي يمر به). عزلها الحراري ، مما يزيد من الوقت الذي يستغرقه إنشاء جهد مستقر ، ومع ذلك ، يقلل بشكل حاد من تقلبات الفوضى ، لذلك يوصى
بشدة . أيضًا ، أثناء التثبيت ، يجب أن تنتبه إلى مسارات التسرب المحتملة ، الأمر الذي سيقلل الاستقرار أيضًا بشكل حاد. على لوحة الدوائر المطبوعة ، يجب توفير فتحات ونوافذ تفصل الدوائر عالية الجهد عن تلك المنخفضة الجهد وبين الموصلات متباعدة بشكل وثيق مع إمكانات مختلفة بشكل حاد. ولا تدخر الكحول - أدنى الرطوبة ، آثار الصنوبري أو الأصابع الصغيرة - وسيتباطأ التوتر مثل الفرس البري. وغني عن القول إنه يجب غمر الجزء العالي الجهد بالكامل بمركب ، وإلا فسيتعين جعل الفجوات كبيرة جدًا. والفجوات الكبيرة هي الطول الكبير للموصلات والإشعاع القوي. عند العمل بالتخطيط الأصلي ، حيث استخدمت المكثفات K78-1 ، خرجت الثنائيات مع محطات مختصرة قليلاً والفجوات الموصى بها للتركيب المطبوع في الهواء - عند الخمول ، استهلكت الدائرة حوالي 200 مللي أمبير في 1500 فولت ، وحرق النيون 10 سم من الهيكل. كان من المستحيل حتى النظر في شكل الجهد على اللفات الأولية للمحول - تم إحداث مائة فولت على مسبار الذبذبات. لا يمكن أن يكون هناك أي حديث عن أي استخدام عملي لدائرة التداخل التي ينبعث منها بقوة. بعد الانتقال إلى SMD والتركيب الأكثر ضغطًا (الذي يتطلب سكبًا - كل شيء ينفجر على الفور في الهواء) ، انخفض التيار المستهلك عند الخمول إلى بضع عشرات من المللي أمبير ، وحرقت لمبة النيون بالقرب من لف المحولات. بالطبع ، يجب وضع الجهاز النهائي في صندوق معدني مجهز بموصل جيد عالي الجهد (على سبيل المثال ، من نوع LEMO).
يجب إجراء تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور (لا أعطي تصميمي ، لأنه اتضح أنه غير ناجح للغاية وأنه في التصميم النهائي تمت تغطيته ، مثل القالب ، بواسطة جيوب للتثبيت المفصلي ، يجب تصحيح أخطاء التصميم الأصلي) مع مراعاة حقيقة أن VT2 يتم تسخينه ويزيل الحرارة عبر المحطات الطرفية (تبديدها السلطة يمكن أن تصل إلى 2 واط). يبقى VT1 باردًا تقريبًا أثناء التشغيل. أيضا ، تولي اهتماما للأرض ، وخاصة في محيط الترانزستورات الرئيسية. يتم وضع هذا الأخير ، إلى جانب DD1 ، بشكل ملائم أسفل بطن المحول ، حيث يمكن فصل الأرض عن طريق فجوة ، وربطها بباقي الأرض عند نقطة واحدة بالقرب من موصل الطاقة.
وحول البدائل. يمكن استبدال المحول بأي محول مشابه تقريبًا مع نفس تكوين اللف (مثل اثنين من اللفائف الأولية المتماثلة واثنين من اللفائف عالية الجهد منفصلة) ونفس القوة الكلية ، وقد يكون من الضروري تحديد تردد التبديل والسعة للمكثف C4. يمكن استبدال مجموعة الترانزستور VT1 بواسطة ترانزستورات n-MOS منفصلة مماثلة بجهد تصريف مصدر لا يقل عن 20 فولت وتيار تصريف لا يقل عن 3 أ ، قادر على التشغيل مع 5 فولت على البوابة. استبدال VT2 غير مرغوب فيه.
قليلا عن الأمن
كما قلت ، هذا الجهاز
قاتل مدى الحياة . على الرغم من أن التيار الذي يحتوي على عدة ملليامترات التي يوفرها هذا الجهاز ليس خطيرًا حتى عند المرور على طول مسار "الذراع اللغوي" ، فإن تفريغ السعة عند الإخراج ، حتى لو لم يكن مضمونًا ، سوف يقتل ، لكنه قد يؤدي إلى حدوث ذلك ، حيث إن التيار يصل إلى
عدة amperes (!) ، وتبلغ طاقة التفريغ عند أقصى جهد حوالي 0.1 J ، وهو ما يكفي تمامًا للتسبب في الرجفان البطيني في المرحلة المعرضة للخطر. لذا كن حذرًا - خاصةً أثناء عملية الإعداد. في هذا الوقت ، أوصي باستبدال المكثف C9 بمكثف أقل رحابة.