УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПУШКИ Российский патент 2006 года по МПК H01J29/52 

Изобретение относится к области электронной техники, может быть использовано в электронно-лучевых установках для управления процессом обработки поверхности объектов и предназначено для использования с электронно-лучевыми пушками, имеющими дополнительный управляющий электрод, находящийся под высоким потенциалом катода.

Известно устройство (электронная пушка) с возможностью управления параметрами электронного луча (Заявка №43-26656, МКИ H 01 J 3/02, Япония, опубл. 14.07.1973 г.) в котором управляющее импульсное воздействие формируется генератором под потенциалом земли, а затем при помощи высоковольтного разделительного конденсатора прикладывается к промежутку катод-управляющий электрод, причем оба эти электроды присоединены к источнику высокого напряжения. Реализуемый в данном устройстве способ развязки высоковольтных цепей электронного прожектора от схемы управления через высоковольтный разделительный конденсатор не является надежным. Резкие изменения напряжения в высоковольтных цепях, например при микропробоях, будут передаваться через разделительный конденсатор на схему управления, что повышает вероятность ее сбоев и выхода из строя. Кроме этого в предложенном устройстве реализован только импульсный метод управления.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления мощностью электронно-лучевой пушки высокого напряжения. (Заявка №2928301, ФРГ, МКИ H 01 J 37/24, заявл. 13.07.79, опубл. 05.02.81). Устройство содержит находящиеся под земляным потенциалом регулятор и генератор прямоугольных импульсов. Для передачи данных импульсов на высокий потенциал используется высоковольтный изолирующий трансформатор, первичная обмотка которого заземлена, а вторичная обмотка, находящаяся под высоким потенциалом, подсоединена к двухполупериодному выпрямителю, выход которого в свою очередь через LC-фильтр подсоединен к промежутку катод-управляющий электрод. К недостатку данного устройства следует отнести то, что оно реализует только потенциальный способ управления мощностью электронного луча. При данном способе управления постоянное напряжение, прикладываемое к промежутку катод-управляющий электрод, изменяет условия фокусировки электронов у катода, что в свою очередь ведет к изменению геометрии электронного луча.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, повышении его надежности и улучшении точности управления, что оказывается возможным, если реализовать в одном устройстве одновременное и независимое управление мощностью электронного луча при помощи потенциального и импульсного методов управления.

Указанный технический результат достигается тем, что генератор прямоугольных импульсов устройства имеет возможность управления частотой следования выходных импульсов, при этом само устройство дополнительно содержит находящиеся под потенциалом земли управляемую фазосдвигающую цепь и второй регулятор, второй высоковольтный изолирующий трансформатор, идентичный первому, первичная обмотка которого близка к потенциалу земли, а вторичная находится под высоким потенциалом, и сумматор, при этом прямоугольные колебания с выхода первого изолирующего трансформатора, амплитуда которых устанавливается первым регулятором, перед подачей на двухполупериодный выпрямитель складываются в сумматоре с прямоугольными колебаниями с выхода второго изолирующего трансформатора, амплитуда и фаза которых устанавливается соответственно вторым регулятором и управляемой фазосдвигающей цепью. Устройство может дополнительно содержать схему управления, которая таким образом определяет закон управления первым регулятором и вторым регулятором, чтобы получить независимое управления в выходном сигнале амплитудой запирающих импульсов и уровнем смещающего напряжения. При этом первый и второй высоковольтный изолирующий трансформаторы могут содержать находящиеся под потенциалом земли контрольные обмотки, импульсное напряжение с которых складывается и через дополнительный двухполупериодный выпрямитель в виде сигнала обратной связи подается на схему управления, а схема управления вырабатывает управляющий сигнал в результате сравнения уровней выходного напряжения с заданными.

Выходное напряжение устройства получается сложением и выпрямлением двух прямоугольных колебаний типа меандр, имеющих одинаковую частоту, но разную амплитуду и фазу колебаний. Получаемый таким образом сигнал содержит серию запирающих импульсов с регулируемой длительностью, что позволяет реализовать импульсный метод управления и постоянную составляющую регулируемого уровня в промежутках между запирающими импульсами, что позволяет реализовать потенциальный метод управления мощностью электронно-лучевой пушки. Оба метода реализуются одновременно и независимо, что расширяет функциональные возможности устройства, а так как оба метода могут дополнять друг друга, то это улучшает точность управления. Формирование выходного сигнала осуществляется непосредственно под высоким потенциалом катода простым сложением и выпрямлением прямоугольных колебаний, и высоковольтная часть устройства не содержит активных элементов, что обеспечивает высокую надежность устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для управления мощностью электронно-лучевой пушки. Устройство состоит из управляемого генератора прямоугольных импульсов 1, управляемой фазосдвигающей цепи 2, схемы управления 3, регуляторов 4, 5, идентичных по параметрам высоковольтных изолирующих трансформаторов 6, 7, сумматоров 8, 9 и двухполупериодных выпрямителей 10, 11. При этом выход генератора прямоугольных импульсов 1 подключен ко входу регулятора 4 непосредственно, а ко входу регулятора 5 через управляемую фазосдвигающую цепь 2, выходы регуляторов 4 и 5 подключены соответственно к входным обмоткам высоковольтных изолирующих трансформаторов 6 и 7, выходные обмотки которых подключены к первому и второму входу сумматора 8, а контрольные обмотки соответственно к первому и второму входу сумматора 9, выход сумматора 8 через двухполупериодный выпрямитель 10 подключен к выходу устройства, а выход сумматора 9 через двухполупериодный выпрямитель 11 подключен к входу обратной связи схемы управления 3, первый и второй выходы схемы управления 3 подключены соответственно к управляющим входам регуляторов 4 и 5, а первый и второй входы схемы управления подключены к входам управления уровнем смещающего напряжения U_см и амплитудой запирающих импульсов U_зап устройства управления, вход управления частотой следования запирающих импульсов U_f устройства подключен к управляющему входу задающего генератора 1, а вход управления длительностью запирающих импульсов устройства U_τ подключен к управляющему входу фазосдвигающей цепи 2.

На фиг. 2 показаны диаграммы напряжений устройства, используемых для формирования его выходного сигнала. Диаграммы U₁(t) и U₂(t) показывают импульсное напряжение, которое формируется на вторичных обмотках высоковольтных изолирующих трансформаторов 6 и 7, диаграмма U_Σ(t) показывает форму сигнала на выходе сумматора 8, а диаграмма U_вых(t) показывает форму этого сигнала после прохождения через двухполупериодный выпрямитель. Выходной сигнал U_вых(t) предназначен для одновременного и независимого управления мощностью электронно-лучевой пушки при помощи серии запирающих импульсов регулируемой длительности τ, амплитуда которых составляет Е_зап, а период повторения Т, и изменением уровня смещающего напряжения Е_см между ними.

Устройство работает следующим образом. Генератор прямоугольных импульсов 1 формирует прямоугольные импульсы типа меандр, поступающие на высоковольтный изолирующий трансформатор 6 через регулятор 4 и на высоковольтный изолирующий трансформатор 7 через управляемую фазосдвигающую цепь 2 и регулятор 5. С выходных обмоток изолирующих трансформаторов двухполярные прямоугольные импульсы U₁, амплитуда которых определяется регулятором 4 и U₂, амплитуда которых определяется регулятором 5, а фаза - управляемой фазосдвигающей цепью 2, подаются на сумматор 8. После противофазного сложения на выходе сумматора получается напряжение U_Σ сложной формы, которое преобразуется к однополярному двухполупериодным выпрямителем 10 и подается на выход устройства управления. Выходное напряжение устройства состоит из запирающих импульсов, амплитуда которых определяется как

Е_зап=|А₁+A₂|,

и смещающего напряжения в промежутках между запирающими импульсами, уровень которого определяется соотношением

E_см=|A₁-A₂|.

Чтобы установить заданное значение амплитуды запирающих импульсов Е_зап и уровня смещающего напряжения Е_см, через регуляторы 4 и 5 изменяются амплитуды A₁ и А₂ двухполярных прямоугольных колебаний U₁ и U₂. Это изменение осуществляется схемой управления 3 в зависимости от сигналов управления U_см и U_зап. Если схема управления реализует следующие функции управления

A₁=(U_зап+U_см)·K/2;

A₂=(U_зап-U_см)·K/2

где К - коэффициент передачи схемы от входов управления до выходной обмотки изолирующего трансформатора,

которые компенсируют взаимозависимость сигналов, то вход управления U_см будет непосредственно управлять уровнем смещающего напряжения Е_см, а вход управления U_зап - амплитудой запирающих импульсов E_зап. Дополнительно повысить точность управления позволяет использование в высоковольтных изолирующих трансформаторах контрольных обмоток, которые формируют под потенциалом земли сигнал, аналогичный выходному. Этот сигнал, преобразованный сумматором 9 и двухполупериодным выпрямителем 11, подается на схему управления, которая таким образом отслеживает уровни выходного напряжения устройства Е_см и E_зап, сравнивает их с заданными значениями U_см и U_зап и свои управляющие воздействия формирует таким образом, чтобы скомпенсировать возникшую при этом разницу. Период повторения запирающих импульсов в приведенной схеме будет составлять половину периода прямоугольных колебаний, формируемых генератором прямоугольных импульсов, а длительность запирающего импульса будет определяться соотношением

где ϕ - сдвиг фазы прямоугольных колебаний U₁ относительно прямоугольных колебаний U₂.

Управлением величиной ϕ через фазосдвигающую цепь при постоянном периоде повторения запирающих импульсов может быть реализован метод широтно-импульсного управления мощностью электронно-лучевой пушки, а изменением периода следования прямоугольных колебаний, формируемых генератором прямоугольных импульсов 1 при постоянной величине фазового сдвига ϕ - метод частотно-импульсного управления.

Изобретение относится к области электронной техники, может быть использовано в электронно-лучевых установках для управления процессом обработки поверхности объектов и предназначено для использования с электронно-лучевыми пушками, имеющими дополнительный управляющий электрод, находящийся под высоким потенциалом катода. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства, повышение его надежности и точности управления, что оказывается возможным, если реализовать в одном устройстве одновременное и независимое управление мощностью электронного луча при помощи потенциального и импульсного методов управления. В устройстве для управления мощностью электронно-лучевой пушки, содержащем находящийся под потенциалом земли генератор прямоугольных импульсов и регулятор, высоковольтный изолирующий трансформатор, первичная обмотка которого близка к потенциалу земли, а вторичная находится под высоким потенциалом, и двухполупериодный выпрямитель, выход которого подсоединен к промежутку катод-управляющий электрод. Генератор имеет возможность управления частотой следования выходных импульсов. Устройство дополнительно содержит находящиеся под потенциалом земли управляемую фазосдвигащую цепь и второй регулятор, второй высоковольтный изолирующий трансформатор, идентичный первому, первичная обмотка которого близка к потенциалу земли, а вторичная находится под высоким потенциалом, и сумматор. Прямоугольные колебания с выхода первого изолирующего трансформатора, амплитуда которых устанавливается первым регулятором, перед подачей на двухполупериодный выпрямитель складываются в сумматоре с прямоугольными колебаниями с выхода второго изолирующего трансформатора, амплитуда и фаза которых устанавливается соответственно вторым регулятором и управляемой фазосдвигающей цепью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для управления мощностью электронно-лучевой пушки, содержащее находящиеся под потенциалом земли генератор прямоугольных импульсов и регулятор, высоковольтный изолирующий трансформатор, первичная обмотка которого близка к потенциалу земли, а вторичная находится под высоким потенциалом, и двухполупериодный выпрямитель, выход которого подсоединен к промежутку катод - управляющий электрод, отличающееся тем, что генератор прямоугольных импульсов имеет возможность управления частотой следования выходных импульсов, при этом устройство дополнительно содержит находящиеся под потенциалом земли управляемую фазосдвигащую цепь и второй регулятор, второй высоковольтный изолирующий трансформатор, идентичный первому, первичная обмотка которого близка к потенциалу земли, а вторичная находится под высоким потенциалом, и сумматор, при этом выход генератора прямоугольных импульсов подключен ко входу первого регулятора непосредственно, а ко входу второго регулятора через управляющую фазосдвигающую цепь, выход первого регулятора подключен к первому изолирующему трансформатору, а выход второго регулятора подключен ко входу второго изолирующего трансформатора, прямоугольные колебания с выхода первого изолирующего трансформатора, амплитуда которых устанавливается первым регулятором, перед подачей на двухполупериодный выпрямитель складываются в сумматоре с прямоугольными колебаниями с выхода второго изолирующего трансформатора, амплитуда и фаза которых устанавливается соответственно вторым регулятором и управляемой фазосдвигающей цепью.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит схему управления, которая таким образом определяет закон управления первым регулятором и вторым регулятором, чтобы получить независимое управление в выходном сигнале амплитудой запирающих импульсов и уровнем смещающего напряжения.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый и второй высоковольтные изолирующие трансформаторы содержат находящиеся под потенциалом земли контрольные обмотки, импульсное напряжение с которых складывается и через дополнительный двухполупериодный выпрямитель подается на схему управления, при этом схема управления, реализуя независимое управление в выходном сигнале амплитудой запирающих импульсов и уровнем смещающего напряжения, вырабатывает управляющий сигнал, сравнивая уровни выходного напряжения с заданными.