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实验室分析仪器--ICP的它激振荡器介绍

2022.1.25

它激振荡器又称石英晶体控制振荡器,是ICP光源常用的一类高稳定度的高频电源。它的频率稳定是基于用石英晶体作振源。


首先介绍石英晶体振荡器。它是利用一定尺寸和规格的石英晶体构成,在晶片上镀上金属膜作为电极,利用石英晶体的压电效应,构成一个正弦波振荡器。石英晶体是按一定方位角切制的正方形或长方形薄片,当在晶片上加上一个电场,晶片就会发生机械振动;相反,在晶片上加上一个机械力又会在相应方向上产生电场。这种现象称为石英晶体的压电效应。若在晶片上下电极金属板上施加交流电压,就会产生响应的机械形变,也就是产生机械振动。通常情况下,这种形变的振幅很小,只有在外加交流电压为某一特定频率时,振幅才会突然增加。这种现象称为压电谐振,这一频率就称为晶体的谐振频率,它和晶体的尺寸有关。


可以用一个等效电路来表示石英晶体的谐振效应(见图1)。图中C0为金属板构成的静电电容,L、C为压电谐振的等效参数,R为振动时摩擦耗损的等效电阻。

61.png

图1 石英晶体振荡器的等效电路

 

图1,是一个并联谐振电路,它的谐振频率fr可由下式表示:

CodeCogsEqn (13).gif

用石英晶体振荡器构成的高频等离子体发生器的方框图见图2。线路中用一个频率为6.78MHz的石英晶体振荡器作为振源,经两次倍频以及两级功率放大得到27.120MHz、2.5kW的输出信号。再经过一个耦合器与负载(等离子体)相匹配。

62.png

图2 它激等离子体电源框图

1-石英振荡器(6.78MHz);2-一次倍频(13.56 MHz);3-二次倍频(27.12MHz);

4-放大器;5-功率放大器;6-耦合器;7-感应圈;8-输出功率计;9-负反馈放大器;10-电源

 

图2所构成的发生器电源具有下述性能:

振荡频率 27.120MHz;

频率稳定性 优于0.005%;

输出功率 最大2.5kW,连续可调;

输出功率稳定性 优于0.01%;

反射功率 小于10W。

如果选用其他频率的晶体,经过倍频后也可得到输出频率为40.68MHz的高频电源。


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