本文關(guān)鍵詞：離子阱電源系統(tǒng)的研制

  更多相關(guān)文章： 線形Paul阱 射頻放大器 線性穩(wěn)壓電源 MFC 單片機(jī)

【摘要】：離子阱技術(shù)被普遍使用在對原子頻標(biāo)、量子計算、質(zhì)譜學(xué)等微觀粒子領(lǐng)域的研究。離子阱種類繁多,Paul阱由于其先進(jìn)性能被廣泛使用。而Paul阱基礎(chǔ)上發(fā)展來的線形Paul阱減小了Paul阱中囚禁多離子的“射頻加熱”問題,同時可通過調(diào)節(jié)軸向束縛勢改變被囚離子軸向位置,具有更廣泛的應(yīng)用。線形Paul阱正常工作離不開電源系統(tǒng),本文正是為中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所的線形Paul阱設(shè)計一套完整電源系統(tǒng),即離子阱電源系統(tǒng)。所設(shè)計的離子阱電源系統(tǒng)包括直流電源和射頻電源,結(jié)合嵌入式平臺,實現(xiàn)電腦程控。本文分析了線形Paul阱的阻抗特性、工作特點以及對電源的關(guān)鍵參數(shù)要求,完成了電源的設(shè)計指標(biāo)、實現(xiàn)方案、電源系統(tǒng)研制、電源系統(tǒng)測試等。主要進(jìn)行了如下工作:(1)電源設(shè)計指標(biāo)的提出。根據(jù)線形阱囚禁原理、離子運動方程、勢阱深度,提出射頻電源的設(shè)計指標(biāo):兩路對稱輸出,頻率2MHz~4MHz,電壓Vpp為0~800V,失真度小于1%。直流電源指標(biāo):12路獨立輸出,有10V、500V、1000V三個量程,各量程內(nèi)電壓紋波小于1‰,電壓誤差不超過1%。同時電源系統(tǒng)必須程控,并具有顯示功能。(2)方案設(shè)計。分析了離子阱的負(fù)載阻抗特性,結(jié)合電源指標(biāo)和操作簡單等設(shè)計原則,設(shè)計出由精密程控電源和程控射頻電源組成的電源系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)是構(gòu)成所研制的線形阱電源系統(tǒng)的兩大主體。軟件系統(tǒng)由上位機(jī)用戶層軟件和下位機(jī)控制軟件組成,通過PC機(jī)和單片機(jī)的通信來完成對電源的程控。精密程控電源硬件實現(xiàn)基于線性穩(wěn)壓電源電路結(jié)合PI調(diào)節(jié)原理,達(dá)到輸出電壓可調(diào)節(jié)、紋波較小的要求。程控射頻源設(shè)計方案是將DDS輸出的小信號通過三級功率放大電路進(jìn)行功率放大,并通過寬頻匹配網(wǎng)絡(luò)、濾波器網(wǎng)絡(luò),最后輸出頻譜干凈的對稱正弦波。(3)電源系統(tǒng)的研制�；贛FC框架技術(shù)設(shè)計了用戶操作界面,并以dsPIC30F4011單片機(jī)為控制核心,搭建了電源的控制平臺,并設(shè)計出單片機(jī)控制的軟件系統(tǒng)。根據(jù)方案設(shè)計出精密程控電源的電路原理圖,器件選型,最后制作出電源。在射頻放大電路的基本理論上,搭建了DDS信號產(chǎn)生電路,設(shè)計了三級放大電路結(jié)構(gòu),討論了各級的原理圖、工作特點、功能、功率放大與合成手段,設(shè)計并制作了兩個級聯(lián)的1:4傳輸線變壓器阻抗變換電路,達(dá)到了寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)和升壓變換的目的,并且通過7階切比雪夫濾波器得到了失真小的正弦波。射頻電源制作時考慮了電磁兼容性、輻射屏蔽、大功率元件散熱、PCB布局布線等問題。(4)電源系統(tǒng)測試。在搭建好的電源平臺上進(jìn)行了軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)連機(jī)整體測試,檢測了由人工從上位PC機(jī)發(fā)出指令,單片機(jī)控制系統(tǒng)動作的可操作性和正確率。中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所實際使用情況表明,本離子阱電源系統(tǒng)能很好的工作在線形Paul阱上,成功囚禁了40Ca+離子,得到的離子信號為結(jié)晶態(tài),達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：線形Paul阱 射頻放大器 線性穩(wěn)壓電源 MFC 單片機(jī)
【學(xué)位授予單位】：中南民族大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 離子阱技術(shù)研究背景10
• 1.2 離子阱技術(shù)發(fā)展簡介10-11
• 1.3 線性Paul阱囚禁原理11-13
• 1.4 線形Paul阱對電源要求13-14
• 1.5 本文課題來源及主要內(nèi)容14-16
• 第二章 離子阱電源系統(tǒng)的總體設(shè)計方案16-20
• 2.1 線形Pual的極桿分布和阻抗特性16-17
• 2.2 精密程控電源總體設(shè)計17-18
• 2.2.1 精密程控電源設(shè)計指標(biāo)17
• 2.2.2 精密程控電源總體設(shè)計17-18
• 2.3 程控射頻電源總體設(shè)計18-19
• 2.3.1 程控射頻電源設(shè)計指標(biāo)18
• 2.3.2 程控射頻電源總體設(shè)計18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 第三章 精密程控電源電路設(shè)計20-26
• 3.1 基于dsPIC30F4011處理器的控制系統(tǒng)組成20-23
• 3.1.1 dsPIC30F4011芯片介紹20-21
• 3.1.2 dsPIC30f4011控制核心電路結(jié)構(gòu)21
• 3.1.3 單片機(jī)的外圍電路21-23
• 3.2 精密程控電源模擬板電路設(shè)計23-25
• 3.2.1 模擬板電路設(shè)計23-25
• 3.2.2 元器件選擇25
• 3.3 本章小結(jié)25-26
• 第四章 射頻放大電路的基本理論26-35
• 4.1 二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)26-27
• 4.2 直流偏置電路設(shè)計27-28
• 4.3 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計28-31
• 4.3.1 集總式匹配技術(shù)29
• 4.3.2 傳輸線變壓器匹配技術(shù)29-31
• 4.4 穩(wěn)定性設(shè)計31-32
• 4.5 功率放大器的電路結(jié)構(gòu)32-34
• 4.6 本章小結(jié)34-35
• 第五章 程控射頻電源電路設(shè)計35-49
• 5.1 基于dsPIC30f4011處理器的控制系統(tǒng)35-36
• 5.1.1 dsPIC30f4011控制器的電路結(jié)構(gòu)35
• 5.1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計35-36
• 5.2 DDS模塊設(shè)計36-39
• 5.2.1 AD9850芯片簡介36-37
• 5.2.2 AD9850的控制字與控制時序37-38
• 5.2.3 DDS信號產(chǎn)生38-39
• 5.3 功率放大電路設(shè)計39-44
• 5.3.1 功率放大電路設(shè)計分析39-40
• 5.3.2 各級放大電路設(shè)計40-44
• 5.3.2.1 第一級放大電路40-41
• 5.3.2.2 第二級放大電路41-42
• 5.3.2.3 第三級放大電路42
• 5.3.2.4 變壓器功率合成42-44
• 5.4 傳輸線變壓器寬帶匹配設(shè)計44-46
• 5.4.1 磁芯設(shè)計44-45
• 5.4.2 磁芯選擇45
• 5.4.3 變壓器制作45-46
• 5.5 濾波器設(shè)計46-48
• 5.5.1 切比雪夫低通濾波器原理46-47
• 5.5.2 濾波器參數(shù)設(shè)計47-48
• 5.6 峰值檢測電路設(shè)計48
• 5.7 本章小結(jié)48-49
• 第六章 離子阱電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計49-55
• 6.1 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議49-50
• 6.2 下位機(jī)程序模塊50-52
• 6.2.1 精密程控電源下位機(jī)程序50-52
• 6.2.2 程控射頻電源下位機(jī)程序52
• 6.3 用戶層軟件設(shè)計52-54
• 6.3.1 精密程控電源軟件用戶界面53-54
• 6.3.2 程控射頻電源軟件設(shè)計54
• 6.4 本章小結(jié)54-55
• 第七章 電源系統(tǒng)的制版和調(diào)試55-63
• 7.1 電源系統(tǒng)制版的原則55
• 7.1.1 程控射頻電源制版原則55
• 7.1.2 精密程控電源制版55
• 7.2 電源系統(tǒng)調(diào)試55-61
• 7.2.1 精密程控電源調(diào)試55-58
• 7.2.2 程控射頻電源調(diào)試58-61
• 7.2.2.1 第三級放大電路調(diào)試58-59
• 7.2.2.2 波形失真度測試59-60
• 7.2.2.3 輸出電壓峰峰值測試60-61
• 7.3 離子阱電源系統(tǒng)的工作實效61
• 7.4 本章小結(jié)61-63
• 總結(jié)與展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 致謝66-67
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄67-68
• 附錄B 離子阱電源系統(tǒng)實物圖68

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ANDREW HILBERY;組合式電源系統(tǒng)的幾個問題[J];今日電子;2000年08期

2 ;電源系統(tǒng)[J];電子科技文摘;2000年01期

3 李正子;;朗訊、科技高性能電源系統(tǒng)[J];電源技術(shù)應(yīng)用;2001年Z1期

4 ;電源系統(tǒng)[J];電子科技文摘;2002年08期

5 ;世界電源系統(tǒng)大會展示最新產(chǎn)品[J];今日電子;2003年12期

6 陳冰;如何進(jìn)行電源系統(tǒng)建設(shè)[J];信息系統(tǒng)工程;2003年12期

7 馬無畏;UPS電源系統(tǒng)維護(hù)[J];信息通信;2005年03期

8 李子榮;趙富鎖;董學(xué)軍;;淺談UPS電源系統(tǒng)[J];內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù);2008年02期

9 侯智燁;;UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計與安裝[J];廣播電視信息(下半月刊);2008年01期

10 李考明;;UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)與管理[J];通信電源技術(shù);2011年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭大銘;;通信樞紐電源系統(tǒng)節(jié)能減排研究[A];四川省通信學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

2 丁強(qiáng);;電源系統(tǒng)日常維護(hù)中的節(jié)能技術(shù)探討[A];2012年中國通信能源會議論文集[C];2012年

3 黃杰;;從細(xì)節(jié)著眼設(shè)計高效節(jié)能通訊電源系統(tǒng)[A];通信電源新技術(shù)論壇——2010通信電源學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2010年

4 梁百靈;蘇國棟;;淺談防雷器在電源系統(tǒng)中原理以及應(yīng)用[A];第六屆粵西、北部灣區(qū)域氣象合作會議暨氣象災(zāi)害防御研討會論文摘要集[C];2010年

5 ;新型電鍍電源系統(tǒng)[A];2002北京電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)研討會論文集[C];2002年

6 姚朝;周艷平;楊敏;;調(diào)度自動化主站UPS電源系統(tǒng)改造工程的設(shè)計與實施[A];2011年云南電力技術(shù)論壇論文集（優(yōu)秀論文部分）[C];2011年

7 姚朝;周艷平;楊敏;;調(diào)度自動化主站UPS電源系統(tǒng)改造工程的設(shè)計與實施[A];2011年云南電力技術(shù)論壇論文集（入選部分）[C];2011年

8 劉凱;;新型飛機(jī)電源系統(tǒng)故障診斷與處理技術(shù)研究[A];探索 創(chuàng)新 交流（第4集）——第四屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C];2010年

9 田修波;鞏春志;朱宗濤;楊士勤;;脈沖射頻與40kV脈沖高壓直接耦合新電源系統(tǒng)研制[A];中國真空學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2008年

10 羅樹軍;;UPS裝置容量研究[A];2014年全國科技工作會議論文集[C];2014年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 張艷蕊;安奕極(北京)電源系統(tǒng)公司啟用[N];中國企業(yè)報;2008年

2 宋亞林 范存;熱血成碧鑄利劍[N];中國航空報;2004年

3 ;艾默生新一代基站電源系統(tǒng)問世[N];人民郵電;2006年

4 證券時報記者 向南;正泰電器 子公司部分股權(quán)贈其高管[N];證券時報;2011年

5 記者 汪永安;中科院等離子體所獲“人造太陽”最大合同[N];安徽日報;2011年

6 ;愛維達(dá)HW電源系統(tǒng)[N];中國計算機(jī)報;2010年

7 記者 吳長鋒;中科院等離子體所收獲ITER最大采購包合同[N];科技日報;2012年

8 本報記者 洪生;鼎漢技術(shù)：深耕多元市場 提升核心競爭力[N];中國電子報;2009年

9 高平 郭農(nóng)生;某重點型號配套電源系統(tǒng)研制成功[N];中國航空報;2004年

10 ;GA推動中國UPS市場發(fā)展[N];人民郵電;2006年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 易斌;J-TEXT托卡馬克動態(tài)共振磁擾動線圈電源系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2015年

2 袁培;基于主動補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的脈沖激光器直驅(qū)式電源系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2014年

3 章丹艷;用于現(xiàn)代電源系統(tǒng)的若干關(guān)鍵控制芯片研究與設(shè)計[D];浙江大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫遜之;基于醫(yī)療電子產(chǎn)品的電源系統(tǒng)電磁兼容優(yōu)化設(shè)計[D];南京師范大學(xué);2015年

2 葛堅;插電式混合動力汽車復(fù)合電源系統(tǒng)研究[D];河南科技大學(xué);2015年

3 王月強(qiáng);PHEV城市客車復(fù)合電源系統(tǒng)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

4 孫瑞梅;基于FPGA的微小衛(wèi)星電源系統(tǒng)MPPT控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 祝亮亮;船舶岸電電源系統(tǒng)的建模與仿真研究[D];大連海事大學(xué);2016年

6 袁滿;自備電源控制器系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];華中科技大學(xué);2014年

7 秦龍;復(fù)合電源系統(tǒng)電動車仿真研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

8 張龍;離子阱電源系統(tǒng)的研制[D];中南民族大學(xué);2015年

9 李珂;脈沖發(fā)電機(jī)型電源系統(tǒng)的設(shè)計及其仿真研究[D];華中科技大學(xué);2007年

10 王新峰;中國電信電源系統(tǒng)風(fēng)險評估研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

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本文編號：881463