3原理電路

　　RFCO2激光電源由5部分組成［1］，如圖1所示。

圖1 RF CO2激光器電源原理框圖

　　圖1中第1部分為(wei) 整流濾波電路，采用全波橋式整流與(yu) 電容濾波將220V交流變為(wei) 311V平滑直流。第2部分為(wei) 開關(guan) 電源，將311V直流變為(wei) 100kHz脈衝(chong) 電流，再經電容、電感濾波後變為(wei) 30V、8A直流。第3部分包括由振蕩器與(yu) 放大器兩(liang) 部分組成的RF電路（如虛線框內(nei) 所示）。將輸入直流經晶振變為(wei) 40MHz，6W射頻。再經14.28dB增益的放大器，放大後輸出為(wei) 40MHz，160W。第4部分為(wei) 脈衝(chong) 工作的調製器。第5部分為(wei) 匹配網絡。

　　本文將重點介紹第3部分和第4部分。電路如圖2所示。振蕩器由晶體(ti) 管V2、電感線圈L1、電容器C5、C7、電阻R11、R12、石英晶體(ti) 振蕩器G等組成。晶體(ti) 振蕩電路產(chan) 生6W、40MHz正弦振蕩波，經3：1傳(chuan) 輸線變壓器T，推動推挽功率放大器。推挽功率放大器由晶體(ti) 管V3、V4，電感L3、L2，電阻器R13、R14、R15，電容器C9、C10和變壓器T組成D類電流開關(guan) 推挽放大器，兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) 管輪流導通。為(wei) 了追求小型化，提高效率是關(guan) 鍵，因而采用D類電流開關(guan) 推挽放大器是一種必然結果。這一點可由下述工作過程的分析清楚地看出。

　　當晶體(ti) 管導通時，C極電流的基波分量為(wei) 最大，回路中點電壓也等於(yu) 最大值Umax，在中心點處的電壓平均值等於(yu) 電源電壓。因此（當UCC≈30V時），

　　由此得出：

　　Umax=（π/2）（UCC－UCS）＋UCS（2）

　　C極回路兩(liang) 端交流電壓峰值為(wei) ：

　　UCmax=2（Umax－UCS）=π（Ucc－Ucs）（3）

　　基波分量振幅為(wei) ：（2/π）ICC，因而回路產(chan) 生基頻電壓振幅為(wei) ：

　　UCmax=（2/π）ICCR（5）

　　將（3）式代入（5）式即得：

　　ICC=πUCmax/2R=（π2/2R）（UCC－UCS）（6）

　　則輸出功率：

　　P0=U2Cmax/2R=（π2/2R）（UCC－UCS）2（7）

　　DC輸出功率：

　　PDC=ICC.UCC=（π2/2R）（UCC－UCS）UCC（8）

　　C極耗散功率：

　　PC=PDC－P0=（π2/2R）（UCC－UCS）UCS（9）

　　由此得出C極效率：

　　ηC=P0/PDC=（UCC－UCS）/UCC（10）

　　可見，晶體(ti) 管飽和壓降UCS越小、效率ηC則越高，若

　　UCS→0，則ηC→100％，這是D類電流開關(guan) 推挽放大電路的優(you) 點，為(wei) 此設計時應注意盡量選取飽和壓降低的功率晶體(ti) 管。

       脈衝(chong) 工作由圖1中第4部分調製器控製。調製器的原理電路見圖2，它以IC1與(yu) IC2為(wei) 主體(ti) ，組成幅度鍵控調製器，屬於(yu) 數字信號調幅的線性調製器［3］。連續工作時，將圖2中S開關(guan) 置於(yu) OFF關(guan) 斷位置。脈衝(chong) 工作時，將S開關(guan) 置於(yu) ON接通位置。脈衝(chong) 調製的工作過程是：利用一個(ge) 矩形脈衝(chong) 序列的基帶信號對振蕩器晶體(ti) 管V2的振蕩幅度進行控製。由控製振蕩電路的起振與(yu) 停振達到調製的目的。由電位器RP4控製調製頻率，由RP7控製脈衝(chong) 寬度。所以，調製頻率與(yu) 調製脈寬皆可作到連續可調。

圖2RF電路原理圖

　　第5部分是阻抗匹配網絡。負載阻抗匹配的目的是消除不匹配負載的反射。方法是引入電抗性元件（電容、電感或傳(chuan) 輸線）。人為(wei) 地產(chan) 生一個(ge) 或數個(ge) 反射波。使它與(yu) 原來不匹配負載產(chan) 生的反射波相互抵消。使激光器的輸入阻抗與(yu) RF電源的輸出阻抗互為(wei) 共軛複數。匹配網絡一般分為(wei) 兩(liang) 種，一種是集總參數匹配網絡，其主要形式有L型、T型、π型等［3］。這種匹配網絡的主要缺點是：插入耗損大、噪聲大、體(ti) 積大。另一種是分布參數匹配網絡，是1/4波長傳(chuan) 輸線，這就克服了上述集總參數匹配網絡的缺點。它的理論關(guan) 係比較簡單。由傳(chuan) 輸線任一點上的電壓和電流方程即可方便地導出下列1/4波長（或1/4波長奇數倍）阻抗交換方式為(wei) ：　Z0=（10）

　　式中Z1——電源輸出的阻抗；

　　Z2——激光器輸入的阻抗；

　　Z0——1/4傳(chuan) 輸線的特性阻抗。

　　1/4傳(chuan) 輸線采用SYV－50－3電纜。它一端接電源，另一端接激光頭。該RF電源如作積木式結構應用，同時可滿足輸出激光30W，60W等激光器的需要。

　　4結束語

　　最後是關(guan) 於(yu) 激光頭的準電感諧振技術。為(wei) 了使輸入射頻沿激光器長度，電壓分布均勻，加入一對電感並聯在諧振腔上下電極之間。這樣，由於(yu) 電感負導納的補償(chang) 作用，使激光器沿長度上的駐波比大大下降，失配角小於(yu) 9°，理論計算結果電壓不均勻度小於(yu) 3％。

　　有關(guan) 過流、過壓、過熱保護電路、顯示電路、安全延時電路、自診斷等輔助電路，本文不再一一贅述。