小中大它激式RF发生器
它激式RF发生器又称晶体控制型RF发生器,它与自激式不同,它是利用石英晶体的压电效应构成振荡器也取代L-C振荡回路的电容、电感元件。
将石英晶体按一定方位角切制成一块正方形(或长方形或圆形)簿片,在晶片的两个对应表面上喷涂金属板,就可构成石英晶体振荡器。当晶体片上加上一个电场,就会使晶片发生机械形变,相反,在晶体片上加一个机械力又会在相应的方向上产生电场,这种现象称石英晶体的压电效应。若在晶片上下的金属板上施加变电压,就会产生相应的机械形变,即机械振动,通常情况下,这种形变振幅很小,当外加交变电压为某一特定频率时,振幅会突然啬,这种现象为压电谐振,这一频率称为晶体的谐振频率,它和晶体的尺寸有关。
在它激式振荡器中,常应用一个频率为27.12MHz或40.68MHz的石英晶体振荡器作为振源,经过两级功率放大,就可得到27.12MHz或40.68MHz,2.0Kw的输出信号。通过匹配网络和同轴电缆传输到负载线圈上。这类发生器频率稳定度高,耦合效率好,功率输出易于自动控制,但放电回路的电学特性的任何微小变化,会导致阻抗失配,需调节至最佳匹配,仪器线路比较复杂,成本较高,但性能较好。
ThermoElemental公司的的ICP均采用晶体控制型RF发生器
晶体控制型RF发生器的高功率输出采用多级放大后才获得,它包括:
1) RF源放大:由石英晶体振荡器(27.12MHz)和放大电路组成,受来自AGC(自动增益控制)的反馈电压和计算机给定的控制,其输出是稳定的、最大功率为3w的高频信号。
2) RF驱动放大:它介于源放大和功率放大之间,其作用是放大RF源放大级的高频信号,以驱动功率放大器,并隔绝源振荡器以改善稳定性,驱动放大级的最大输出功率为65w。
3) RF功率放大:它主要由大功率电子管(3cx1500A)来实现高频信号的进一步放大,并通过工作线圈把RF功率耦合到等离子体上。功率放大级的最大输出功率可达2Kw。
4) 匹配网络:在以上各级放大器之间均存在阻抗匹配网络,是为RF功率在各级间传输中获得最高的效率。其中功率放大级的输入、输出匹配网络十分重要,输入匹配采用Л型匹配电路,如右图调整匹配电容Cl和C2,使输入功率放大级的反射功率几乎为零。输出匹配为自动匹配(Auto-Turning),自动跟踪等离子体负截的变化,使等离子体始终获得最高的功率传输效率。
5) 自动增益控制(AGC):它的作用是自动调整整个RF发生器的放大倍数,不管等离子体的阻抗以及等离子体与负载线圈耦合有何变化,始终保证等离子体的功率恒定不变。AGC同时又受计算机控制,以实现RF功率的计算机控制。
6) 工作线圈:工作线圈的作用是把RF发生器的高频能量,耦合到等离子体。由于高频电流倾向于在导体表面流动(即趋肤效应),工作线圈是由2.5圈镀银外层的空心铜管制成,内通冷却水冷却。为了防止其表面腐蚀或匝间高压放电,工作线圈外套一层四氟乙烯。
7) 电源系统(POWER UNIT):为RF发生器提供各种电源,包括:+5V、+12V、±15V、+48V、+3800V和120V AC。 其中+48V提供给RF驱动放大, +3800V提供给RF功率放大。该电源系统具有各种保护,并通过其电源控制单元(Power Unit Control)实现与整个仪器的通讯和控制。