基本信息
- 项目名称：
- 高能荷电粒子偏转磁铁三角波功率放大器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 磁场偏转方式因其线性好、干扰小、可放在真空管道之外等优点，所以常用在离子注入、扫描离子成像等高能带电粒子束的扫描系统中。为保证离子束流扫描的均匀性，通常采用三角波扫描信号，但普通音响所用的功率放大器在驱动大电感负载时存在许多问题。为此我们专门设计了功率大、线性好、相位失真小的专用于感性负载的对称性输出功率放大器。它为带铁心的无损电感提供三角波电流信号，驱动磁铁线圈，由磁场实现对离子束的偏转。
- 详细介绍：
- 该作品是针对高能非相对论荷电粒子的磁场偏转扫描需要设计制作的，主要由功率放大模块，输出检测闭环非线性矫正电路，保护电路三部分组成。该功放将输入的三角波电压信号放大为驱动感性负载线圈的三角波电流信号。它为带铁心的无损电感供电，且电感值恒定，其信号由外部信号源提供，设定其幅度和频率，通过隔离放大器处理后，送入调整电流的放大器放大，再按实际需要，将所设定的三角波电流提供给电感，由电感产生磁场，以实现对粒子的偏转。该功放现已应用于中科院上海应用物理研究所的4兆伏静电加速器终端设备上，用于质子显微镜及大范围扫描离子扫描注入。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为满足高能离子加速器终端设备的荷电粒子扫描偏转需要，研制了用于驱动电磁铁线圈的电流输出功率放大器。该放大器由功率放大电路、输出线性矫正电路及限流保护电路组成，以满足线性良好的三角波电流输出，从而实现离子束流的大范围线性均匀扫描。 本设计的创新点在于用达林顿晶体管代替普通三极管组成对管放大电路，同时采用多项闭环非线性矫正和保护电路，保证了对感性负载的高频线性驱动。其主要技术指标为：输出电流峰-峰值可达20A，输出功率100W，输出三角波电流5000Hz（峰-峰值10A），非线性失真小于1%，相位失真小于1.2%。
科学性、先进性
- 1.该高能荷电粒子偏转磁铁三角波功率放大器输出功率为100W，输出电流的峰-峰可达20A。非线性失真小于1%，相位失真小于1.2%。总谐波失真0.5%。 2.开环增益为93dB，增益频带为2～5000Hz，输出电流中心值稳定为0A。 3.输出电流和输入电压相位相同，相位差在1000Hz时不超过2度。 4.普通音响所用的功率放大器在驱动磁铁线圈这样的大电感负载时存在频率特性差、线性失真大，输出电流与输入电压信号相位不同步等问题。 5.三角波与正弦波对于重离子扫描不同之处就是三角波扫描线性好，范围宽，均匀性好，而正弦波扫描线性差，波峰为弧形，扫描粒子密度大，均匀性差。
获奖情况及鉴定结果
- 该功放产品于2010年9月交付中科院上海应用物理研究所扫描质子核探针实验室试用。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物产品，现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该产品用于驱动各种类型负载，可用于振动振子驱动、磁铁驱动、直线电机驱动等领域，在现代核物理研究和离子扫描研究中具有非常重要的作用，并在悬磁浮列车、采矿业中对直线电机的驱动有广泛的应用前景。对电路稍作改动，可做出系列化产品。
同类课题研究水平概述
- 无
