CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ ĐẶC TRƯNG

Kỹ thuật hạt nhân
PHẦN VI

CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ ĐẶC TRƯNG

GIỚI THIỆU

Khoá đào tạo hàng năm về các chuyên đề điện tử hạt nhân của IAEA - một
định hướng tiêu biểu đã được các học viên nhiệt tình hưởng ứng. Mỗi học
viên được lựa chọn một vấn đề cụ thể ngay trong các tuần học đầu tiên của
khoá học. Và cuối mỗi khoá học, mỗi học viên đều mong đợi giải quyết được
vấn đề đó. Chủ đề lựa chọn có thể là thiết kế và xây dựng một khối điện tử,
đánh giá các thiết bị thương mại hoặc phát triển các phần mềm tính toán.
Bản chất và mức độ kĩ thuật của các dự án tiêu biểu này thay đổi trong một
phạm vi rộng: từ thiết bị kiểm soát bức xạ đơn giản đến máy phân tích đa
kênh, từ một transitor tới một mạch in bao gồm các mạch tích phân có thể lập
trình được.
Trong phần VI của biên soạn này, mười bài thí nghiệm tiêu biểu được trình
bày. Các bài thí nghiệm đã được lựa chọn từ những dự án thành công nhất
trong 3 năm qua, và bao gồm tất cả các chủ đề đã trình bày chi tiết trong các
phần trước của biên soạn.
Dự án đầu tiên: nguồn năng lượng cấp cho các khối module trong hệ EURO
card được mô tả cực kì chi tiết trong khoá đào tạo của IAEA, mỗi học viên
đều phải xây dựng thiết bị này, làm quen với một thiết bị hiện đại của khối
trên, các khối này bao gồm một số tính chất-các tính chất này không có trong
nguồn cấp NIM truyền thống. Thiết bị điện tử đạt yêu cầu nhất trong biên
soạn là một máy phân tích đa kênh hoàn chỉnh được mô tả trong hai thí
nghiệm điển hình.

292

Kỹ thuật hạt nhân
Việc sử dụng các máy tính cá nhân trong các thí nghiệm hạt nhân đang rất
phổ biến. Ngày nay, thật khó mà tưởng tượng được việc thiết kế các bản
mạch in và nghiên cứu mạch này khi không có sự giúp đỡ của máy tính. Việc
đề cao sự phát triển này được đưa ra trong thí nghiệm 2 của biên soạn.

THÍ NGHIỆM 6.1

CHÂN CẮM VÀ NGUỒN CẤP EURO

I. Mục đích
Để lắp đặt và kiểm tra nguồn điện năng cho các ứng dụng trong thiết bị hạt
nhân.
II. Tổng quan
Mô tả chung
Dụng cụ này bao gồm một chân cắm và một nguồn cấp thấp. Biến thế lối ra:
+5V, +24V, ±15V được cấp cho các khối của hệ đo hạt nhân EURO card của
IAEA. Các điện thế này được giữ ổn định nhờ các bộ điều chỉnh tích phân đặt
trên các khối làm mát tại mặt sau của vỏ bọc. Các thành phần khác của bộ
nguồn được đặt trên một mạch in (PCB). Các điện thế lối ra khác nhau có
đường trở về nguồn riêng biệt để tránh các tương tác gây ra bởi dòng ngược.

293


Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.1: Chân cắm của nguồn cấp
Các đặc trưng:

Lối vào AC:
Các điện thế chân:

có thể lựa chọn 110/220V +15 or -15V

Tốc độ biến đổi điện thế + 10% to-25%
Tần số
47 Hz - 64 Hz
Bảo vệ nhiệt: Máy biến thế được bảo vệ nhờ một công tắc bật tắt nhiệt, công
tắc sẽ tắt khi nhiệt độ cuộn dây là 1050C và bật khi ở nhiệt độ là 1000C.
Các lối ra DC:
+ 5V + /-15V + 24V
Dòng lớn nhất:
2.5A 1A
Hệ số nhiệt
0.01 %/°C 0.5%/°C 0.05%/°C
Sự hiệu chỉnh
+ 0.75% +0.075% +0.75%
Độ nhấp nhô và nhiễu
tất cả 1,5mV rms
Sự bảo vệ nhiệt
Các máy hiệu chỉnh công suất được bảo vệ nhiệt
bằng một mạch fold-back nhiệt độ phụ thuộc dòng.
(1) trên khoảng 0°C tới 45°C
(2) trên khoảng kết nối từ 0 đến toàn trở và các biến đổi của thế lối vào danh
định từ +10% đến -25% của các giá trị danh định.
(3) nhiệt độ lớn nhất khoảng 45°C
Mô tả mạch và lý thuyết hoạt động

294

Kỹ thuật hạt nhân
Sơ đồ mạch hoàn chỉnh được cho trong Hình 6.1.2. Thoáng nhìn, mạch có thể
khá phức tạp, nhưng mạch là 4 nguồn cấp thông thường và được thiết kế tỉ
mỉ.
Một bộ lọc tại lối vào, nó bao gồm phích cắm nguồn giảm nhiễu từ bảng
mạch. Công tắc nguồn có một đèn thông báo báo hiệu bật nguồn. Bộ biến trở
(transient suppressor) nằm trên các đường giữa công tắc nguồn và biến thế
giới hạn năng lượng của các xung nhọn mà chúng có thể đến từ các đường
cáp điện hoặc khi biến thế tắt. Một công tắt ổn định nhiệt trên cuộn sơ cấp
ngắt nguồn khi nhiệt độ các cuộn dây vượt quá 1050C và bật lại nguồn khi
nhiệt độ trở lại 1000C.
Điều này là cần thiết vì biến thế phải có nhiều hơn một cuộn thứ cấp và các
cầu chì ở cuộn sơ cấp không thể bảo vệ biến thế chống lại sự tăng nhiệt nếu
một trong các cuộn dây bị quá tải. Các điểm mắc dây rẽ trên cuộn sơ cấp cho
phép các điện thế trên dưới 15V so với thế danh định 110V hay 220V được
sử dụng. Các thế này có thể là giá trị trung bình của các ngày làm việc. Chính
nguồn cấp có thể điều chỉnh thế lối vào thay đổi trong khoảng giữa +10% và
-25%.
Có 4 cuộn dây thứ cấp: 11V, 21V, 21V và 34V. Các nguồn thế thấp này được
kết nối với mạch chỉnh lưu trên mạch in 901. Các thế một chiều (thế DC)
không chỉnh lưu được kết nối với các lối vào của các bộ điều chỉnh ngưỡng 3
lối vào-ra. (T1 được sử dụng như bộ tiền điều chỉnh), bộ điều chỉnh được đặt
trên bộ tiêu nhiệt tại bẳng điều khiển phía sau. Bốn thế lối ra DC chỉnh lưu
được cấp cho một cáp dẫn-bus cắm.

295

Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.2: Sơ đồ mạch của nguồn cấp 901
Các dây dẫn nhạy được dùng để nối các chân 10, 13, 16, 17, 20 và 21 (trên
PCB) với các đường bus cắm 3, 28, 29, 30 và 31. Thế giảm khi các dây cáp
nguồn nhạy (9-31,12-3, 22-28, 19-29, 18-29 và 15-30) thì được bù bằng bộ
điều chỉnh cho các khoảng nguồn cấp danh định, các thế danh định không đổi
được ghi sẵn trên bus. Các dây nhạy và các dây dẫn trở lại nguồn được nối
vào chân 3, 29, 31 của bus. Mỗi đường này được nối với một cáp riêng biệt
đến vỏ máy (vỏ bọc thiết bị) trên bảng điều khiển.

296


Kỹ thuật hạt nhân
Kĩ thuật này tránh được tương tác của các dòng bù. Các dây cắm bus được
nối với vỏ để cung cấp khả năng nối đất của các bảng điều khiển phía trước
theo PCB trong trường hợp cần thiết. PCB901 là EURO card kích thước
chuẩn (160x100 mm).
Trong khi hoạt động, mỗi bộ điều chỉnh 3 chân (IC1, IC2, IC3, và IC5) chứa
dải thế chuẩn (thế giữa lối ra và chân điều chỉnh), thế này tạo ra một thế V REF
gần như không đổi bằng 1.25V (điển hình) trên một khoảng nhiệt độ lớn. Thế
lối ra 5V được đặt bằng P1, 24V bằng P2, +15V bằng P4, -15V bằng P3.
Một cách khác để nhìn nhận các bộ hiệu chỉnh là xem chúng như các khuếch
đại điện áp giữa chân 1 và đất như lối vào, chân 2 như lối ra. Vì thế tại chân 1
là một phần của thế lối ra, độ nhấp nhô của thế lối ra cũng được khuếch đại
để giảm thiểu ảnh hưởng này, các tụ lọc C4, C10, C15, C20 được chèn vào.
Để tránh việc xả điện của các tụ này qua các bộ điều chỉnh mà gây ra lỗi chức
năng của các bộ điều chỉnh sau một mạch ngắt trên lối ra, các diot D3 và D1
được bổ sung vào.

Đối với các thế cấp 5V và 24V, việc xả điện này có thể xả qua R1 và R6. Các
diot D4 và D2 ngăn việc xả điện của các tụ lọc bên ngoài và bên trong các
mạch điều chỉnh. Các tụ C1, C6, C12 và C17 thực hiện lọc nhiễu, G1 tới G4
là các cầu chỉnh lưu (cầu phân thế), C2, C7, C13 và C18 là các tụ tích trữ
năng lượng, C5 và C11 là các tụ lọc. Dòng tải tối thiểu cho mỗi nguồn cấp thì
được cấp bởi R3, R8, R13 và R17. Để đảm bảo các chức năng hoạt động
chính xác của bộ hiệu chỉnh, dòng tải tối thiểu này phải lớn hơn so với dòng
điều chỉnh (ít hơn 100 microampe) từ chân 1.
Tất cả các bộ điều chỉnh là thiết bị thử nghiệm ngắt mạch và bảo vệ sự tăng
nhiệt. Chi tiết hơn được xem trong tài liệu kỹ thuật đi kèm.
Nguồn 5V: Cầu chì F(2.5A) được thêm vào để bảo vệ bộ điều chỉnh nếu 1
mạch bảo vệ quá tải được sử dụng bên trong. Cầu chì này có thể bỏ đi nếu
cần.
Nguồn 24V: để tránh thế nguy hiểm (40V) tại lối của bộ điều chỉnh, một bộ
tiền điều chỉnh được sử dụng. Nó gồm trở Darlington T1, diot Zener VR1 và
các điện trở R4, R5. Tụ C8 ngăn chặn các dao động trong mạch điện.
Nguồn ± 15V: nguồn cấp này được sử dụng chủ yếu trong các mạch tương tự
đòi hỏi độ ổn định lớn. Độ ổn định đạt được bằng việc chèn vào các máy ổn
áp thế LM723 (IC4 và IC6). Mỗi máy ổn áp bao gồm một nguồn thế chuẩn
297


Kỹ thuật hạt nhân
rất ổn định, một khuếch đại tuyến tính, một bộ giới hạn dòng và một tầng lối
ra. Lối ra của bộ khuếch đại chuẩn điện áp (thông thường 7.15V, hệ số nhiệt:
0.003%/0C) được nối với lối vào không đảo của khuếch đại vi sai này. Một
phần của thế lối ra được đặt bằng P3, R11, R12 (-15V) tương ứng với P4,
R16, R18 (+15V), được nối với lối vào đảo và so sánh với điện áp chuẩn. Sự
ổn định của mạch được giữ bởi các thành phần LM723. Bộ giới hạn dòng
ngăn chặn LM723 không bị quá tải. Chi tiết hơn được xem trong tài liệu kĩ

thuật.
Lắp rắp khe cắm
Khe cắm UNO thông thường ở dạng đã lắp ráp. Để chế tạo các dạng tháo rời
và lắp ráp lại nếu cần thì sử dụng Hình 6.1.4 (hoặc, nếu các khe cắm được
chế tạo như các khối dời). Việc lắp ráp các nguồn thế thấp 901 yêu cầu bảng
điều khiển phía sau phải được tháo bỏ. Các đai ốc đặc biệt được sử dụng trên
bảng điều khiển này.

Hình 6.1.3: Ứng dụng chính của LM 317
Nguồn cấp phòng thí nghiệm đều dựa trên chân cắm Eurocard IAEA trước
đó. Các mô tả về các khối trước đây vẫn được dùng, nhưng vài thay đổi chính
đã được thực hiện. Bây giờ, máy biến thế được đặt ở mặt bên của bảng điều
khiển, bảng mạch nguồn được đặt ở bên trong lối vào AC và núm điều khiển
được chuyển về mặt trước của bảng điều khiển. Các khe cắm này được thiết
kế để giữ và cấp điện cho 6 module plug – in rộng, đơn.

298


Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.4: Các thành phần khe cắm
1 mặt bên

5 tay cầm

9 mặt đáy

2 bộ nối

6 mặt trước

10 tay cầm phía trước

3 khe cắm card

7 khung đỡ

11 mặt sau

4 mặt trên

8 chân đế

Khối nguồn cấp này được thiết kế rất tốt, nhưng với người mới tập sự thì rất
khó lắp ráp được vì các bước hướng dẫn cụ thể không được đưa ra. Họ mong
muốn bằng tất cả các kiến thức của mình có thể tạo ra một sản phẩm tốt - một
khối dễ sử dụng. Sơ đồ mạch là hướng dẫn cơ bản cho việc lắp ráp, nhưng
cẩn phải nhanh nhạy mới lắp ráp được. Ví dụ: dây nối đất bên trong nguồn
cấp từ mạch phin lọc không được chỉ ra. Dĩ nhiên, nó phải được nối ra vỏ và
tách riêng với mặt trước của bảng điều khiển để cung cấp các chức năng an
toàn cần thiết cho nó. Các dây dẫn nên được phân biệt bằng màu sắc khác
nhau (sự gợi ý này sẽ được thực hiện). Tất nhiên, nó không tạo ra sự khác
biệt nào về dòng chạy trong dây dẫn màu đỏ hay màu xanh, nhưng nó tạo ra
một khác biệt lớn đối với người làm kĩ thuật - người đang sửa chữa một
nguồn không hoạt động. Nếu tất cả các dây dẫn là đỏ thì không thể đánh dấu
chúng. Ví dụ : để tìm tất cả các dây dẫn vàng/xanh được nối với vỏ tốn ít thời
gian hơn, nói cách khác là tiết kiệm được nhiều thơi gian. Sử dụng các ống
bọc đã cấp nếu bạn nối các dây dẫn. Sản phẩm cuối cùng được tạo ra giống
như của các nhà chuyên nghiệp và cung cấp sự bảo vệ đoản mạch hữu ích.

299


Kỹ thuật hạt nhân
Chuẩn bị
Gỡ các nắp trên, dưới, trước, sau và cạnh của bảng điều khiển để đặt vào một
máy biến thế. Xem Hình 6.1.1 và 6.1.4. Phần khung đỡ bộ kết nối phải được
ngăn ra để tạo khoảng cho bộ biến thế. Xem Hình 6.1.5

Hình 6.1.5: Mặt cắt của các chấn song nối trong máy biến thế
Đặt máy biến thế vào tấm bên. Khoan các lỗ nếu cần thiết. Đảm bảo các chân
có thế lối với nắp trên đỉnh đã tháo ra. Sử dụng 4 đinh ốc M3X10, các vòng
đệm, các vòng đệm khoá và các đai ốc M3 để giữ nó. Đặt hai quai bằng hợp
kim có thể hàn được vào đinh ốc ở phía mặt trước. Gắn lại phía bên của bảng
điều khiển với máy biến thế đến khe cắm.
Tiếp theo đặt các khe dẫn và các bộ nối.
Các khe dẫn
Bắt đầu việc đặt các khe dẫn plastic sẵn có bằng cách ấn chúng vào các khe
thích hợp trên các thanh đỡ. Vị trí của các khe dẫn xác định vị trí của bộ nối
chân cắm.
Đặt khe cắm đầu tiên cách phía trái của tấm đỡ tay cầm 8mm (nhìn từ phía
trước, Hình 6.1.6). Chèn khe tiếp theo vào cách 27mm (6 rắc cắm). Khe tiếp
theo cũng cách 27mm… Khi bạn đã lắp đặt tất cả các khe dẫn, đại các bộ nối
tại các điểm cuối của chúng. Điều này được làm bằng các đinh ốc M2.5x10

300


Kỹ thuật hạt nhân

và các đại ốc M2.5. Cuối cùng, đặt các khe dẫn trên cùng và dưới cùng cho
bộ nguồn PCB. Các khe dẫn này phải ở trong các lỗ 55 và 56 - đếm từ bên
trái. Không có bộ nối nào cần thiết cho card này.

Hình 6.1.6: Vị trí của các khe cắm card
Dây dẫn bus
Trước tiên, làm thẳng chín đoạn dây dẫn mỏng 1mm2, mỗi đoạn dài 30mm.
Để làm điều này, giữ một đầu bằng kìm, kéo mạnh cho đến khi cáp căng ra 35% chiều dài ban đầu.
Cắt dây dẫn thành các đoạn, mỗi đoạn dài 250mm. Đặt chúng vào các bộ kết
nối quanh dây dẫn, bắt đầu từ phía phải (bộ nối 1) của bus mà nhìn từ phía
sau. Hình 6.1.7 chỉ ra cách nối các dây dẫn. Chú ý rằng số chân được in ra
trên các bộ kết nối.

Hình 6.1.7: Nối khe cắm bus
301


Kỹ thuật hạt nhân
Mặt điều khiển phía sau
Ba bộ làm mát: hai bộ lấy nhiệt từ bộ điều chỉnh và một lấy từ bộ điều chỉnh
đơn, được đặt trên mặt điều khiển phía sau. Hình 6.1.9 chỉ ra việc bố trí các
lỗ khoan cho các bộ toả nhiệt.

Hình 6.1.9: Vị trí khoan lỗ cho các bộ tải nhiệt
Cần khoan các lỗ để gắn chốt trên các bộ tải nhiệt trước, sau đó khoan lỗ phù
hợp trên bảng điều khiển phía sau. Đối với việc đặt và vị trí các bộ điều
chỉnh trên bộ toả nhiệt thì xem Hình 6.1.10

302

Kỹ thuật hạt nhân
Hình 6.1.10: Vị trí của các bộ hiệu chỉnh trên bộ tải nhiệt
Bây giờ đặt các bộ toả nhiệt lên bảng điều chỉnh phía sau. Hình 6.1.12 cung
cấp một số chi tiết cho hoạt động này.

Hình 6.1.11: Khung đặt một bộ hiểu chỉnh trên bộ tải nhiệt

Hinh 6.1.12 Khung đặt các bộ tải nhiệt trên mặt sau
Bảng điều khiển phía trước
Mặt trước của bảng điều khiển bao gồm công tắc chính, bộ nối, phin lọc
nguồn và jack cắm hình quả chuối nối nguồn bên ngoài. Hình 6.1.13 chỉ ra
rất chi tiết.

303


Kỹ thuật hạt nhân
Kiểm tra vị trí ngắt của công tắc bằng điện kế. Nhấn công tắc vào trong hốc
đã chuẩn bị. Giữ phin lọc chính bằng con vít M3x13 với các cầu chì ở phía
trên, xem Hình 6.1.14.
Đặt vòng đệm khoá và hai tay cầm trên đinh ốc ở xa so với cạnh gần nhất để
tạo ra kết nối tốt với vỏ (hộp bao các thiết bị). Đặt các jack cắm hình quả
chuối.
Sơ đồ bố trí các phần cho bảng mạch in chỉ ra trên Hình 6.1.15
Trước tiên đặt các tay cầm, chúng song song với cạnh dài và phải bẻ cong các
đầu của chúng trên cạnh của bảng mạch. Xem Hình 6.1.16. Có 22 tay cầm
cho các kết nối số, 15 cái cho bộ điều chỉnh và 4 cái cho các jack hình quả
chuối của mặt trước bảng điều khiển.
Bốn tay cầm (quai) cuối cùng thì không suốt hiện trên hình vẽ nhưng các lỗ

cắm thì có sẵn cho chúng trên bo mạch.
Tiếp theo, đặt và hàn các linh kiện theo thứ tự: đi ot, các điện trở, biến trở và
các tụ lớn. (chú ý: không phải tất cả các tụ đều giống nhau). Chèn một số linh
kiện tại cùng một thời điểm, bao bọc chúng bằng các lá xốp dày (hoặc một
vật liệu mềm khác) để tránh sự dịch chuyển các linh kiện khi di chuyển bảng
mạch. Hàn các linh kiện và cắt các đầu dư.

304


Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.13: Sơ đồ chi tiết mặt trước

305


Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.14: Lắp ráp mặt trước

Hình 6.1.15: Bố trí các thành phần PCB 901

306


Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.16: Sơ đồ chỉ dẫn tay hàn
Dây dẫn

Dây dẫn được sử dụng trong các tầng. Sử dụng các ống bao bọc tất cả các
mối nối. Một ống dài 25mm sẽ đủ cho hầu hết tất cả các trường hợp. Đánh
dấu cáp và buộc cáp gọn gàng để dễ dàng lắp đặt. Sử dụng các dây cáp có độ
dài để quấn dễ dàng và cho phép các phần dây cáp được tách rời mà không
làm gãy mối hàn. Đặt bảng điều khiển phía sau vào phía sau chân cắm và
bảng điều khiển phía trước và mạch in vào phía trước để dễ dàng cho việc
ước lượng độ dài. Nhìn chung, nó tốt hơn các dây dẫn quá dài hoặc quá ngắn.
Nối đẩt cho vỏ hộp
Dùng dây cáp vàng-xanh (dài khoảng 60 cm). Bắt đầu với các bus khe cắm.
Hình 6.1.17 sẽ gợi ý các cách để kết nối cáp này và cáp PCB với khe cắm.
Hình này không được sử dụng vì nó được vẽ cho một chân của 10 khe chứ
không phải là 6 khe cắm. Nhưng nó thực sự chỉ ra các cáp nối (ở bên trong)
sắp xếp giữa các bộ nối để ngăn chặn các điều kiện hàn dày đặc, mà các điều
kiện này không dẫn đến chập mạch. Nối 5 dây bus như được chỉ ra trên sơ đồ
mạch điện (Hình 6.1.2) với một trong các mối hàn trên một đinh ốc của máy
biến thế. Hình 6.1.18 đưa ra cách để gộp chung 5 cáp thành 1.

307


Kỹ thuật hạt nhân

Hình 6.1.17: Sơ đồ hướng dẫn các kết nối khe cắm bus
Sử dụng các dây buộc cáp lại với nhau

Hình 6.1.18: Kết nối khung gầm với đất
Nối mối hàn khác trên máy biến thế với cực đất của phin lọc. Nối chân nối
đất của phin lọc với một trong các mối hàn ở phía trên của phin lọc. Nối mối
hàn khác trên phin lọc với jack đen hình quả chuối gần đấy. Nối jack đó với
jack đen hình quả chuối khác.

Bảng điều khiển phía trước
Bây giờ nối công tắc chính với phin lọc, Hình 6.1.19. Nối 2 cáp đỏ 1mm2 từ
các đầu dây dẫn của bộ lọc với lối vào của công tắc nguồn. Hàn một biến trở
và hai dây tím 1mm2 dài 25 cm với hai chân khác của công tắc. Đừng quên
buộc các ống bao bọc lại. Làm nóng các ống để buộc chặt chúng.
Bây giờ, thực hiện bước kiểm tra sau đây. Chèn các cầu chì (cho việc đánh
giá cầu chì, xem sơ đồ mạch điện) và nối dây nguồn với lối vào. Tạo một

308


Kỹ thuật hạt nhân
mạch ngắt qua các chân của phích cắm nguồn và đo điện trở giữa hai đầu
biến thế bằng một ôm kế. Khi bật nguồn, bạn phải nhận được giá trị xấp xỉ
0Ω; và khi tắt nguồn, điện trở là 10M. Nếu các kết quả cảu bạn là khác, việc
cách điện gặp vấn đề.

Hình 6.1.19: Kết nối công tắc nguồn
Thêm 1 dây dẫn 1mm2, dài 30 cm vào mỗi jack cắm hình quả chuối còn lại.
Các dây dẫn vàng xanh ngọc; vàng xanh lá cây được đưa ra. Sử dụng dây để
buộc chúng lại với nhau.
Máy biến thế
Trước hết, nối cuộn sơ cấp của máy biến thế. Xác định thế trung bình của
phòng thí nghiệm trong suốt các ngày làm việc và sử dụng sơ đồ Hình 6.1.2
để nối các dây tím từ công tắc đến các chân thích hợp. Sử dụng các dây néo
ngắn (dây để cột chặt lại) nếu cần thiết. Máy biến thế của bạn bây giờ được
nối với một trong 6 nguồn nối vào có thể làm một dấu hiệu nhỏ để nhắc cho
bạn biết những gì bạn chọn và gắn nó vào bảng điều khiển phía trước gần với
phích cắm lối vào chính.
Một khó khăn khác, biến trở mà bạn đặt giữa công tắc được thiết kế để loại

bỏ nhiễu mà thường xuất hiện trên các dây nguồn. Nó cắt các xung lớn hơn
275V và do đó nó không hiệu quả đối với các nguồn khoảng 120V. Nếu
muốn thay thế các biến trở sử dụng ở đây với biến trở đã thiết kế cho 120V
AC, nguồn cấp này có thể không còn được sử dụng với thế 220V AC ngay cả
với cuộn sơ cấp củ máy biến thế. Tuy nhiên, nếu một biến trở có thế danh
định lớn nhất là 180V và được đặt giữa hai cuộn sơ cấp, nguồn cấp này sẽ
được bảo vệ tốt đối với bất kì điện thế nào.
Khi điều này được tiến hành, bạn có thể kiểm tra các thế thứ cấp bằng cách
nối biến áp với các nguồn chính theo bộ lọc và công tắc nguồn. Kiểm tra rằng
309


Kỹ thuật hạt nhân
thế thứ cấp đã được chỉ ra trên biến thế, hãy nhớ rằng thế này sẽ cao hơn khi
không có tải. Nếu mọi việc đều đúng, bạn có thể tiếp tục làm các bước tiếp
theo. Sử dụng vôn kế AC để đo các thế, giá trị đo được là các giá trị thực,
thậm trí ngay cả khi ngược với các chú ý ghi trên biến thế. Khẳng định các
phép đo của bạn, tìm các lí do nếu kết quả kiểm tra không thoả đáng.
Cảnh báo: Nếu nguồn cấp chính không có bộ nối đất, bạn phải nối đất các
cáp nguồn với các dây làm mát thích hợp. Điều này cần thiết là vì các lí do
an toàn cũng như để đảm bảo hoạt động đúng của nguồn cấp.
PCB
Bây giờ thật là dễ để tạo các kết nối giữa biến thế và bảng mạch PC. Bắt đầu
nối các chân của máy biến thế. Sự dụng các dây dẫn 1mm2 màu sắc khác
nhau: ví dụ hai dây dẫn tím cho các chân thế ra 11V. Đảm bảo rằng các dây
đủ dài để đến được bảng mạch PC khi nó ở phía trước “bin”.
Sử dụng sơ đồ mạch để xem làm thế nào cuộn thứ hai được kết nối với các
chân tại phần dưới của bảng mạch PC. Cuối cùng sử dụng dây buộc các dây
dẫn lại với nhau.
Tiếp theo tiến hành với các bộ kết nối giữa bảng mạch PC và các bộ điều

chỉnh nằm trên bộ tải nhiệt. Từng bước từng bước làm các kết nối và kiểm tra
chúng bằng sơ đồ mạch điện.
Bao bọc tất cả các mối hàn với các bộ điều chỉnh bằng các ống bao. Tất cả
các dây nối với bảng mạch PC phải được làm trên phía bên các mối hàn.
Dùng dây 1mm2 với các màu khác nhau: dây dẫn đỏ cho lối vào của bộ điều
chỉnh, tím cho lối ra, dây nâu cho các chân lối ra có thể điếu chỉnh được. Tạo
các dây dẫn đủ dài để đi tới các PCB ở phía trước của “bin”. Dùng dây buộc
chúng lại với nhau.
Nối các dây dẫn với các jack hình quả chuối trên bảng điều khiển phía trước.
Bây giờ, bạn có thể bắt đầu với việc kiểm tra sơ bộ mạch điện, trước tiên, nối
các chân sau đây bằng các đoạn dây nhỏ: 9 với 10, 12 với 13, 15-16, 17-18,
19-20, 21-22.
Nối nguồn cấp với các nguồn chính và đo đạc thế giữa các cực bằng vôn kế
DC.
Số chỉ của vôn kế

Chân

310


Kỹ thuật hạt nhân
9-11

5V

12-14

24V

15-18

15V

19-22

15V

Các hiệu chỉnh nhỏ có thể được làm bằng cách điều chỉnh biến trở P1 đến P4.
Nếu việc điều chỉnh chưa đủ thì kiểm tra lỗi của bảng mạch PC và thực hiện
một số chỉnh sửa.
Bây giờ, đối với các kết nối bên trong giữa PCB và bin bus. Nhớ rằng bạn
muốn một thế thấp giảm qua các dây nối này. Do đó, hàn cẩn thận, dùng dây
cỡ lớn cho nguồn DC và các dây vỏ. Sử dụng các dây dẫn 0.38mm2 cho các
dây nhạy. Nếu có thể, dùng các dây màu sắc khác nhau. Hình 6.1.17 sẽ đưa ra
cách nối các đường. Bắt đầu bằng việc hàn 7 đường dây, bao gồm các đường
dây nhạy tới các chân của bộ nối 1. Sử dụng dây buộc để tạo ra bộ dây dẫn.
Bọc các điểm hàn tại các chân quấn dây bằng các ống bao có độ dài 25mm.
Chú ý rằng: hai dây nguồn +5V được sử dụng để giảm thiểu sự sụt áp đối với
các bin bus nếu dòng cao được dẫn.
Các bước cuối cùng
Chuẩn nguồn của bạn. Nối 1 DVM (vôn kế số, nếu có thể là 4 ½ số) với các
đường bus (chọn các dây mát liên quan) và điều chỉnh thế lối ra của các
nguồn khác nhau tới giá trị đã chỉ ra của chúng. Kiểm tra độ nhấp nhô (dùng
đầu đo của dao động ký).
Các dây cáp cỡ lớn được hàn với điểm cuối nhô lên của các đường bus và tải
các nguồn cấp khác nhau với dòng lớn nhất (dùng các trở nguồn lớn). Kiểm
tra các đặc trưng ra ở phần đầu dự án.
Bây giờ, để lắp ráp cuối cùng hoàn tất, bỏ các dây dẫn tạm thời để kiểm tra
tải và chân PCB vào khe cắm của nó (một khe mà không có bất kì bộ nối

nào). Tiếp theo, gắn các bảng điều khiển mặt trước và mặt sau vào. Đặt nắp
trên trở lại và khối nguồn của bạn được hoàn tất.
Vẫn còn những đặc trưng của nguồn cấp mà không được thảo luận và rất khó
học chúng chỉ từ sơ đồ mạch điện.
Chú ý rằng, các kết nối giữa khối bus nguồn, các đường dây nhạy và các jack
quả chuối sao cho các thế của jack cao hơn bình thường một chút nếu bus

311


Kỹ thuật hạt nhân
nguồn chịu tải lớn. Điện thế thêm vào vào khoảng 20mV/A và có thể bỏ qua
được trong các ứng dụng thông thường. Khi sử dụng các jack quả chuối, phải
đảm bảo rằng bạn không vượt quá dòng quy định của nguồn cấp. Cũng chú ý
rằng: dòng trở lại từ các jack này sử dụng đường nối đất. Việc sắp xếp này
đơn giản hoá việc nối dây dẫn 1 bít trong việc chi phí về sự điều chỉnh và các
kết nối tốt.

THÍ NGHIỆM 6.2

NGUỒN CAO THẾ ÂM 0-2000V

I. Mục đích
Thiết kế và xây dựng một nguồn cao thế sử dụng trong sự phân cực các đầu
dò tia X với các tiền khuếch đại phản hồi quang học. Các hướng dẫn đầy đủ
về nó được đưa ra.
II. Tổng quan

312

Kỹ thuật hạt nhân
Khi phân cực các đầu dò bán dẫn Si, rất cần một nguồn cấp -2000V với dòng
khoảng một vài µA. Những hiểu biết về tiêu thụ dòng nhỏ này cho phép việc
xây dựng nguồn cấp dựa trên việc chuyển đổi thế hình sin thay vì thế vuông.
Ưu điểm của nguồn cấp là giảm nhiễu cho hàm điều hoà tần số cao, hàm này
được mô tả trong các tín hiệu dạng chữ nhật.

Hình 6.2.1: Tổng quan về nguồn cấp cao áp
Sơ đồ khối của nguồn cao áp được đưa ra trong Hình 6.2.1. Thế hình sin
được tạo ra từ bộ dao động sóng sin, điện thế này cung cấp năng lượng cho
việc chuyển đổi thông qua bộ nhân tương tự, bộ nhân này có hệ số khuếch
đại được xác định bởi Uc. Phần α của cao thế U0 được so sánh với bộ thế
chuẩn Uref. Sự khác nhau này được nhân lên bởi G trong máy khuếch đại
tương tự.
Chúng ta có thể tìm thấy mối liên hệ giữa U0 và Uref nếu chúng ta xét mạch
tại thời điểm P mở và kéo theo các tín hiệu xung quanh vòng hở
Bắt đầu từ thế U0, điện thế chỉnh lưu là A0.T.G.α.(Uref – U0) (T: là tốc độ
chuyển đổi). Khi chúng ta đóng mạch lại, chúng ta phải có:
M.A0G(Uref - αUc) = U0
Tại khuếch đại cao G, mối liên hệ trên được đơn giản hoá:
Uref = αUc

hoặc Uc = Uref/ α

Tuy nhiên, mạch được chỉ ra trong Hình 6.5.1 sẽ bị dao động. Sự dao động
này do hệ số khuếch đại G gây ra, và do U0 không trơn sau khi chỉnh lưu.

313

Kỹ thuật hạt nhân
Vấn đề này có thể được đánh giá bằng quá trình tích phân trong vòng phản
hồi thay đối với sự khuếch đại trực tiếp (Hình 6.2.2)

Hình 6.2.2: Sơ đồ cải thiện độ ổn định của việc hiệu chỉnh tích phân
Trong trường hợp này, phương trình hiệu chỉnh là:
A0

1
(U ref  U 0 )  U 0
s

Sau khi bố trí lại, chúng ta có thể viết:
U0 

1
U ref
1  s

hoặc U 0 

1
U ref
1 's

Phương trình này tiên đoán rằng việc giải quyết gần đúng cho các hằng số
Uref là U0 = Uref. Nếu Uref không thay đổi, U sẽ trễ một khoảng thời gian so
với Uref . Nếu hệ đã bị nhiễu loạn, U0 sẽ gần bằng hàm mũ Uref với hằng số
thời gian τ.

Một số hiệu chỉnh thêm có thể đưa ra để cung cấp các đặc trưng của nguồn
cấp:
-

Để tránh vấn đề về chất cách điện tại cuộn thứ cấp của bộ biến thế,
một mạch nhân áp được sử dụng. Để hoạt động an toàn, điện thế thứ
cấp của bộ biến thế không nên vượt quá 600V.

-

Để tránh tỉ số biến đổi cao, các cuộn sơ cấp của máy biến thế nhận
điện năng từ hai bộ khuếch đại với các thế lối ra ở pha ngược:
A0sin(ωt) và - A0sin(ωt).

314


Kỹ thuật hạt nhân
-

Thế hình sin được tạo ra từ thế tam giác định mức. Thế tam giác được
tạo ra từ dao động tích thoát. Trong cách này, tần số có thể được điều
chỉnh bằng một biến trở đơn giản trên một khoảng rộng. Sự điều chỉnh
tần số phù hợp cho phép tối ưu hoá các điều kiện làm việc.

-

Khi cao thế được cấp cho một đầu dò bán dẫn, nên đưa vào từ từ với
tốc độ đếm không nhanh hơn 100V/s. Để tránh sự thay đổi nhanh của
thế lối ra, một mạch cộng được đưa vào.

Hình 6.2.3: Mạch tăng điện áp chậm
Chúng ta hãy xem xét trường hợp khi thế lối ra Uref là 0, và Uref bị thay đổi
tức thời tới 5V. Bộ so sánh sẽ đưa ra một thế lối ra bão hoà, thế này luôn duy
trì là hằng số cho đến khi U’ref đạt tới Uref. Trong suốt thời gian này, thế lối ra
U’ref của bộ tích phân sẽ tăng tuyến tính do thế tại lối vào bộ tích phân. (Độ
nghiêng của đường tuyến tính). Độ tăng thế sẽ phụ thuộc vào hằng số thời
gian của bộ tích phân.

315


Kỹ thuật hạt nhân
Hình 6.2.4: Sơ đồ khối của nguồn cao thế
Bây giờ, chúng ta có thể hiểu phiên bản cuối cùng của nguồn cao thế được
mô tả trong sơ đồ khối Hình 6.2.4 và sơ đồ chi tiết được chỉ ra trong Hình
6.2.5.

Hình 6.2.5: Sơ đồ kết nối
Bộ dao động phục hồi cung cấp thế tam giác 300mV peak to peak cho lối vào
đảo của IC4 - chân 2. Điện thế này được cấp cho các khuếch đại thuật toán
truyền dẫn IC5 CA3080. Sự khuếch đại được điều khiển bởi việc thay đổi
dòng vào chân 5. Dòng ra của khuếch đại truyền dẫn được chuyển thành điện
áp nhờ R12. Bất cứ thành phần có thể DC nào đều bị loại bỏ bởi C4. Bởi vì
sự bão hoà của CA 3080 đối với các tín hiệu vào lớn nên tín hiệu ra được giữ
nguyên. Tín hiệu thu được có dạng hình sin, biên độ từ 0 đến 5V được
khuếch đại lên hai lần nhờ IC7, và bị đảo khi vào IC8. Cả hai khuếch đại này
đều được đệm bởi hai tầng lối ra lặp lại emiter xác định. Các khuếch đại này
được nối với cuộn sơ cấp của bộ biến thế HV.
Thế thứ cấp của biến thế được chỉnh lưu và khuếch đại lên 3 lần. Một phần

của thế DC được so sánh với thế Ur chuẩn trong IC6. Một phần khác thì được
khuếch đại, và một phần thì được tích phân bên trong IC (sự hiệu chỉnh tích

316