PMT के लिए स्थिर उच्च वोल्टेज बिजली की आपूर्ति

एक फोटोडेलेट्रोनिक गुणक का उपयोग एक फोटोडेटेक्टर की उच्चतम संवेदनशीलता प्राप्त करने का एक बहुत ही सरल तरीका है, उत्कृष्ट गति के साथ एकल फोटॉनों को पंजीकृत करना। और यूएसएसआर में उत्पादित पीएमटी के द्रव्यमान को देखते हुए और अभी भी गोदामों में पड़े हुए हैं, यह भी अपेक्षाकृत सस्ती है (आधुनिक "मालिकाना" पीएमटी अभी भी शौकिया उपयोग के लिए अभद्र रूप से महंगे हैं)। लेकिन फोटोमल्टीप्लायर की आपूर्ति के लिए, 1-3 किलोवॉट के वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता होती है, और इसके अलावा, यह बहुत स्थिर है।

तथ्य यह है कि पीएमटी की संवेदनशीलता एनोड वोल्टेज पर तेजी से और बहुत तेजी से निर्भर करती है: यह पीएमटी के प्रकार के आधार पर वोल्टेज में वृद्धि के साथ 80-300 वी तक 10 गुना बढ़ जाती है। और यदि प्रतिशत स्तर पर लाभ की स्थिरता सुनिश्चित करना आवश्यक है, तो कुछ पीएमटी के लिए यह आवश्यक है कि वोल्टेज 0.1-0.3 V से अधिक न बदले!

इस लेख में, मैं एक पीएमटी के लिए एक उच्च वोल्टेज स्रोत का आरेख देता हूं, जो प्रयोगशाला में खुद को साबित कर चुका है। यह कई सौ से 1500 वी का आउटपुट वोल्टेज प्रदान करता है जिसमें 1 एमए तक का आउटपुट करंट होता है और गर्म होने के बाद लगातार चालू खपत के साथ 0.2 वी प्रति घंटे से भी अधिक की स्थिरता। एक साधारण परिवर्तन ऊपरी वोल्टेज सीमा को बढ़ाकर 3 kV कर देता है, हालाँकि, कम स्थिरता की कीमत पर।

योजना

स्रोत का आधार एक पुश-पुल इन्वर्टर है जो CCFL लैंप के लिए ट्रांसफार्मर पर काम करता है। इन्वर्टर इलेक्ट्रॉनिक रोड़े के लिए एक घरेलू चिप के आधार पर बनाया जाता है - KF1211EU1। मुझे बिक्री पर इस माइक्रोकिरसीट पर कोई समान नहीं मिला: यह क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के फाटकों को सीधे नियंत्रित कर सकता है और ऑपरेशन के लिए इसे केवल दो बाहरी तत्वों (एक समय अवरोधक और एक संधारित्र) की आवश्यकता होती है, जबकि यह 5 वी से नियमित रूप से काम करता है और सस्ती है। दुर्भाग्य से, एनपीओ डेल्टा लंबे समय से इस चिप का उत्पादन नहीं कर रहा है, लेकिन यह अभी भी बिक्री पर है और इसे प्राप्त करना मुश्किल नहीं है। इस microcircuit के पास कर्तव्य चक्र को विनियमित करने का कोई साधन नहीं है, लेकिन हमें इसकी आवश्यकता नहीं है - इनवर्टर आउटपुट चरण की आपूर्ति वोल्टेज को बदलकर आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित किया जाता है। एक प्रमुख तत्व VT1 दोहरी n-MOS ट्रांजिस्टर प्रकार IRF7341 है। प्रतिरोध कैपेसिटर R2 और R3 गेट कैपेसिटर को रिचार्ज करते समय धाराओं को सीमित करते हैं।

पलटनेवाला 40 kHz की आवृत्ति पर संचालित होता है। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि इस आवृत्ति पर उपयोग किया जाने वाला ट्रांसफार्मर सबसे अच्छा काम करता है और इसकी सबसे अच्छी दक्षता है। यह आवृत्ति श्रृंखला R1C1 द्वारा निर्धारित की जाती है।

मैंने TMS91429CT श्रृंखला से ट्रांसफार्मर का उपयोग किया, जिसमें दो समान प्राथमिक और दो समान द्वितीयक घुमाव एक दूसरे से पृथक हैं। यह वोल्टेज गुणक को बड़े नुकसान के साथ बाहर करना संभव बनाता है, इसे दो सिंगल-साइकिल रेक्टिफायर्स के साथ बदल दिया जाता है, जिसमें से आउटपुट वोल्टेज जोड़ते हैं, जो एक सामान्य-दिखने वाला नहीं है, लेकिन अनिवार्य रूप से एक ही दो-स्ट्रोक रेक्टिफायर है। आरेख में वर्णित विन्यास इस ट्रांसफार्मर के साथ क्लासिक की तुलना में कुछ बेहतर काम करता है "मध्य से एक नल के साथ।" यदि उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है, तो प्रत्येक "पड़ाव" में एक डबललर को इकट्ठा किया जा सकता है।

रेसिस्टर R8 और कैपेसिटर C9 एक फिल्टर बनाते हैं जो उच्च वोल्टेज तरंग को कम करता है। रेसिस्टर R10 घातक बिजली के झटके के जोखिम को कम करता है: इस तथ्य के बावजूद कि इस स्रोत द्वारा उत्पन्न प्रत्यक्ष धारा कोई गंभीर खतरा पैदा नहीं करती है, संधारित्र C9 में संग्रहीत ऊर्जा मारने के लिए पर्याप्त है, और इसके निर्वहन का चरम वर्तमान ~ तक सीमित है अधिकतम वोल्टेज पर 60 एमए इस संभावना को कम कर देता है (अल्पकालिक - एक सेकंड के सौवें हिस्से के साथ, यह वर्तमान आमतौर पर घातक नहीं है)। हालाँकि, 1 mA की धारा में, 22 V इस रोकनेवाला पर गिरता है, जो कि सबसे अधिक अस्वीकार्य है। इसलिए, यदि सौ से अधिक माइक्रोएम्प्स की धाराओं की आवश्यकता होती है, तो इसे निकालना होगा, लेकिन इस मामले में, याद रखें कि स्रोत का आउटपुट वोल्टेज घातक है । रोकनेवाला R10 के साथ, हालांकि, भी, लेकिन खतरा इतना अधिक नहीं है।

एक विभक्त R7R9 द्वारा 500 बार विभाजित किया गया आउटपुट वोल्टेज, ऑप एम्पीएल 24.2.2 पर त्रुटि एम्पलीफायर के इनपुट को खिलाया जाता है। एक संदर्भ वोल्टेज को इसके दूसरे इनपुट (DA1.1 पर एक पुनरावर्तक के माध्यम से) को आपूर्ति की जाती है, जो आउटपुट वोल्टेज सेट करता है, जो कि R7R9 विभक्त के विभाजन अनुपात के अनुसार, 500 V उच्चतर होगा (उदाहरण के लिए, 3 V के संदर्भ वोल्टेज पर, आउटपुट 1.5 केवी होगा)। प्रायोगिक रूप से त्रुटि एम्पलीफायर का लाभ चुना जाता है। इसकी वृद्धि से स्थिरीकरण की सटीकता बढ़ जाती है, लेकिन स्थिरता कम हो जाती है। कैपेसिटर सी 8 फीडबैक लूप में देरी के लिए क्षतिपूर्ति करता है और विनियमन स्थिरता सुनिश्चित करता है। त्रुटि एम्पलीफायर के लाभ और R6C8 सर्किट के समय स्थिर का अनुपात आउटपुट वोल्टेज को बनाए रखने की सटीकता और इसे स्थापित करने में लगने वाले समय के बीच एक समझौता है।

त्रुटि एम्पलीफायर के आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रण तत्व - पी-एमओएस ट्रांजिस्टर वीटी 2 को आपूर्ति की जाती है। ट्रांजिस्टर पूरी तरह से बंद हो जाता है जब DA1.2 के आउटपुट में वोल्टेज सप्लाई वोल्टेज के करीब होता है (अर्थात, यदि हाई वोल्टेज सेट वैल्यू से बहुत अधिक है), और पूरी तरह से खुलने पर यह शून्य (बहुत कम वोल्टेज) पर कम हो जाता है, जो थोड़े उच्च स्तर पर इसके रखरखाव को सुनिश्चित करता है संदर्भ वोल्टेज को विभाजन कारक से गुणा किया जाता है। सभी एमओएस ट्रांजिस्टर रैखिक मोड में अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं, और सर्किट पर संकेत दिया गया यह काफी स्वीकार्य है। रोकनेवाला R4 कैपेसिटिव लोड पर संचालित होने पर ऑप-एम्प की अस्थिरता को रोकता है, जो ट्रांजिस्टर का गेट है।

एक स्थिर वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित एक बहु-मोड़ पोटेंशियोमीटर का उपयोग संदर्भ वोल्टेज स्रोत के रूप में किया जा सकता है, लेकिन वृद्धि की स्थिरता की आवश्यकताओं के साथ यह पर्याप्त नहीं हो सकता है, क्योंकि इस तरह के चर प्रतिरोधों का सबसे अच्छा "शोर" एक डिग्री या किसी अन्य के लिए, बेतरतीब ढंग से प्रतिरोध बदल रहा है। छोटी सीमा, भले ही समायोजन घुंडी को छुआ न हो। इसे बढ़ाने के लिए, चिकनी ट्यूनिंग की सीमा को 100-200 वी तक सीमित करना और असतत मोटे वोल्टेज सेटिंग के लिए एक स्विच पेश करना वांछनीय है। एक अन्य विकल्प डीएसी के कुछ प्रकार के आधार पर एक डिजिटल आयन बनाने के लिए है।

यह सर्किट एक सकारात्मक संकेत का एक उच्च वोल्टेज देता है। पीएमटी को बिजली देने के लिए एक ग्राउंड एनोड के साथ एक नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज का उपयोग करना सुविधाजनक है। इसके लिए, सर्किट को समायोजित करना होगा - सबसे पहले, उच्च-वोल्टेज भाग में डायोड की ध्रुवीयता को बदलकर। दूसरे, सर्किट में एक और परिचालन एम्पलीफायर शुरू करना आवश्यक है। R9R7 डिवाइडर के बजाय, हमारे पास DA2 op amp पर माइनस 1/500 की बढ़त के साथ एक इनवर्टर एम्पलीफायर है, और प्रतिरोधक R9 और R7 इसके OOS सर्किट में हैं।

3 किलोवोल्ट प्राप्त करने के लिए, आपको द्वितीयक परिपथों में रेक्टिफायर को वोल्टेज ड्यूलर्स से बदलना होगा और R9 को 100 M to तक बढ़ाना होगा। एक ही समय में, स्थिरता एक ही दो बार खराब हो जाएगी।

अवयव और स्थापना

कैपेसिटर और प्रतिरोधों का आकार 0805 या यहां तक ​​कि 0603 का उपयोग कम वोल्टेज और कम-वर्तमान सर्किट में किया जा सकता है। कैपेसिटर सी 2 टैंटलम है। संधारित्र सी 4 एक फिल्म संधारित्र है, क्योंकि एक ध्यान देने योग्य स्पंदित प्रवाह इसके माध्यम से प्रवाहित होता है और सिरेमिक एसएमडी संधारित्र यहां गर्म हो जाएगा और जल्दी से विफल हो जाएगा।

उच्च वोल्टेज पक्ष से, सभी एसी सर्किट को यथासंभव छोटा करना आवश्यक है, अन्यथा वे दृढ़ता से विकिरण करते हैं (हालांकि, इन्सुलेशन अंतराल का निरीक्षण करना याद रखें)। डायोड को दो श्रृंखला-जुड़े 1000 वी डायोड में से प्रत्येक डायल किया जाता है। दुकानों में तेजी से 1000 वी डायोड की कमी के कारण, एसएमडी-संस्करण श्रृंखला में दो में स्थापित एचईआर 1008 आउटपुट डायोड का उपयोग करता है। टर्मिनलों की लंबाई को कम करने के लिए, वे डायोड आवास के नीचे झुकते हैं और कट जाते हैं, और इस प्रकार, डायोड को एसएमडी में फिर से बनाया जाता है। इस मामले में, जोड़ी में एक डायोड का एनोड सीधे दूसरे के कैथोड में मिलाया जाता है और आवास से आउटपुट के आउटपुट के जितना संभव हो उतना करीब है, और मुद्रित कंडक्टर के माध्यम से नहीं। कैपेसिटर सी 6 और सी 7 आकार 1812 के चार 0.015 μF x 1000 V कैपेसिटर से बने होते हैं, जो श्रृंखला-समानांतर में जुड़े होते हैं और एक-दूसरे के ऊपर "व्हाट्नॉट" द्वारा मिलाप किए जाते हैं। मनमाने प्रकार के कैपेसिटर सी 9 - मैंने घरेलू K15-4 से एक बैटरी का उपयोग किया, जो विश्वसनीयता के लिए एक परिसर से भरा था।


रेसिस्टर R8 - आकार 2512. R10 एक अलग छोटे बोर्ड पर श्रृंखला में जुड़े दस ऐसे प्रतिरोधों से बना है और एक इन्सुलेट यौगिक से भरा है। आप R9 के साथ भी ऐसा कर सकते हैं, या FHV-100 श्रृंखला के अवरोधक का उपयोग कर सकते हैं। और एक Caddock THV10 सीरीज़ डिवाइडर लगाना बिल्कुल आदर्श है। वोल्टेज बहाव इस रोकनेवाला की थर्मल स्थिरता पर निर्भर करता है (और यह इसके माध्यम से गुजरने से गर्म होता है)। इसका थर्मल इन्सुलेशन, एक स्थिर वोल्टेज स्थापित करने में लगने वाले समय को बढ़ाता है, फिर भी, तेजी से इसके अराजक उतार-चढ़ाव को कम करता है, इसलिए इसकी अत्यधिक सिफारिश की जाती है। इसके अलावा, स्थापना के दौरान, आपको संभावित रिसाव पथों पर ध्यान देना चाहिए, जो स्थिरता को भी तेजी से कम करेगा। मुद्रित सर्किट बोर्ड पर, स्लॉट और खिड़कियां प्रदान की जानी चाहिए जो उच्च-वोल्टेज सर्किट को कम-वोल्टेज वाले से अलग करती हैं और बारीकी से अलग-अलग संवाहकों के बीच तेजी से विभिन्न क्षमताओं के साथ। और अल्कोहल को न छोड़ें - हल्की नमी, रोसिन या छोटी उंगलियों के निशान - और तनाव एक जंगली जंग की तरह सरक जाएगा। यह बिना कहे चला जाता है कि पूरे उच्च-वोल्टेज वाले हिस्से को एक परिसर से भरा जाना चाहिए, क्योंकि अन्यथा अंतराल को बहुत बड़ा बनाना होगा। और बड़े अंतराल कंडक्टर और मजबूत विकिरण की बड़ी लंबाई हैं। मूल लेआउट के साथ काम करते समय, जहां मैंने K78-1 कैपेसिटर का उपयोग किया था, थोड़े छोटे टर्मिनलों के साथ आउटपुट डायोड और हवा में मुद्रित स्थापना के लिए अनुशंसित अंतराल - सर्किट में 1500 वी पर लगभग 200 एमए और संरचना से नीयन 10 सेमी की खपत हुई। ट्रांसफार्मर की प्राथमिक घुमाव पर वोल्टेज की आकृति को भी देखना असंभव था - आस्टसीलस्कप जांच पर एक सौ वोल्ट स्पैन को प्रेरित किया गया था। इस तरह के एक जोरदार उत्सर्जक हस्तक्षेप सर्किट के किसी भी व्यावहारिक उपयोग की कोई बात नहीं हो सकती है। एसएमडी और सबसे कॉम्पैक्ट इंस्टॉलेशन (जिसे डालना आवश्यक है - सब कुछ हवा में वहीं से होकर गुजरता है) में परिवर्तित होने के बाद, बेकार में खपत कर दिया गया, जो कि दसियों मिलीमीटर के एक जोड़े पर गिरा, और नियॉन बल्ब ट्रांसफार्मर वाइंडिंग के करीब ही जला। बेशक, तैयार डिवाइस को एक अच्छा हाई-वोल्टेज कनेक्टर (उदाहरण के लिए, एलईएमओ प्रकार) से सुसज्जित धातु के मामले में रखा जाना चाहिए।

पीसीबी लेआउट (मैं अपना नहीं देता, क्योंकि यह बहुत सफल नहीं हुआ और अंतिम डिजाइन में इसे ढक दिया गया था, मोल्ड की तरह, एक हिंग्ड इंस्टॉलेशन की जेब से, मूल डिजाइन की त्रुटियों को सही करते हुए) इस तथ्य को ध्यान में रखा जाना चाहिए कि VT2 गर्म है और टर्मिनलों के माध्यम से गर्मी निकालता है (विच्छेदित) शक्ति 2 वाट तक पहुँच सकती है)। VT1 ऑपरेशन के दौरान लगभग ठंडा रहता है। इसके अलावा, भूमि पर ध्यान दें, विशेष रूप से प्रमुख ट्रांजिस्टर के आसपास के क्षेत्र में। डीडी 1 के साथ उत्तरार्द्ध को आसानी से ट्रांसफार्मर के पेट के नीचे रखा जाता है, जिसके चारों ओर जमीन को एक अंतर से अलग किया जा सकता है, इसे बिजली कनेक्टर के पास एक बिंदु पर शेष पृथ्वी के साथ जोड़ दिया जाता है।

और प्रतिस्थापन के बारे में। ट्रांसफार्मर को लगभग किसी भी समान ट्रांसफार्मर से एक ही वाइंडिंग कॉन्फ़िगरेशन (यानी दो समान प्राथमिक वाइंडिंग्स और दो अलग-अलग हाई-वोल्टेज वाइंडिंग्स) और एक ही समग्र शक्ति के साथ बदला जा सकता है, और संधारित्र C4 की स्विचिंग आवृत्ति और समाई का चयन करना आवश्यक हो सकता है। ट्रांजिस्टर असेंबली VT1 को अलग-अलग n-MOS ट्रांजिस्टर द्वारा कम से कम 20 V के स्रोत-ड्रेन के वोल्टेज और कम से कम 3 A के ड्रेन करंट से बदला जा सकता है, जो एक गेट पर 5 V के साथ काम करने में सक्षम है। VT2 प्रतिस्थापन अवांछनीय है।

सुरक्षा के बारे में थोड़ा सा

जैसा कि मैंने कहा, यह उपकरण जीवन के लिए घातक है । इस तथ्य के बावजूद कि इस उपकरण द्वारा प्रदान की गई कई मिलीमीटर की एक धारा "भाषा-हाथ" पथ ​​के पास से गुजरने पर भी खतरनाक नहीं है, आउटपुट पर समाई का निर्वहन, हालांकि मारने की गारंटी नहीं है, यह बहुत अच्छी तरह से कर सकता है, क्योंकि वर्तमान से कई एम्पीयर (!), और अधिकतम वोल्टेज पर डिस्चार्ज ऊर्जा लगभग 0.1 जे है, जो कमजोर चरण में वेंट्रिकुलर फाइब्रिलेशन का कारण बनने के लिए पर्याप्त है। इसलिए सावधान रहें - विशेष रूप से सेटअप प्रक्रिया के दौरान। इस समय, मैं संधारित्र C9 को कम क्षमता वाले के साथ बदलने की सलाह देता हूं।