全金属环波导CO激光器射频电源的研究与实践

摘要

射频激励CO2激光器，由于它所具有的一系列突出优点，如体积小、功率大、光束质量好、可靠性高、寿命长等，在工业加工、医疗外科和激光雷达等多个行业得到了广泛的应用。射频电源作为激光的功率来源，是激光器的一个重要组成部分。文章通过对射频电源的高频功率放大和阻抗匹配这两项关键技术的研究，结合全金属环波导CO2激光器对射频电源的要求，设计、制作了一个射频激光电源，并对各项关键参数进行了测量。论文的主要内容包括： 1.阐述射频激励全金属环波导CO2激光器的结构和特征，分析一般射频CO2激光电源的结构和组成。 2.详细的论述了射频电源的两项关键技术——高频功率放大和阻抗匹配。从原理和结构上指出高频功放与低频功放或者高频小信号放大器的区别。强调阻抗匹配网络在高频功放电阻中的重要性。 3.从CO2激光器对射频电源的要求入手，进行射频电源电路设计，给出元件参数和具体型号、类别。电源电路包括：射频信号发生电路、射频功率放大电路、直流供电电路和附加保护电路，以及与激光头的匹配网络。重点是对射频功率放大电路和匹配网路的设计。 4.按照电路PCB布线—制板—元件配置—焊接的顺序，依次介绍各个步骤，并对完成的电路进行综合调试。同时根据电路的特点，采取措施加强系统散热和抑制噪声、干扰。 5.对试验结果进行分析，总结，并针对存在的问题和实用化的方向提出改进方法。 本文中设计的实验电源，频率稳定、效率高、结构小巧、噪音低、成本低廉，稍加改进即可实用。本设计是对射频激励全金属环波导CO2激光器电源而进行的一次有益探索和尝试。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1 射频激励CO2激光器

1.1.1 射频激励CO2激光器的发展概况

1.1.2 射频激励CO2激光器的分类

1.2 射频激励全金属环波导CO2激光器

1.2.1 特征

1.2.2 结构

1.2.3 其它关键技术

1.3 射频激励全金属环波导CO2激光器的电源

1.3.1 输入回路

1.3.2 振荡回路

1.3.3 放大回路

1.3.4 匹配网络

1.3.5 控制网络

1.4 本课题的主要内容

1.5 本章小结

第2章 高频功率放大器和阻抗匹配技术

2.1 高频电路及元器件的高频特性

2.1.1 高频电路中的元器件

2.2 功率放大器

2.2.1 放大器的种类

2.2.2 小信号放大器和功率放大器

2.3 高频功率放大器

2.3.1 低频功放和高频功放

2.3.2 高频功率放大器的原理

2.3.3 高频功率放大器的结构

2.4 阻抗匹配

2.4.1 阻抗匹配及其意义

2.4.2 阻抗匹配的形式

2.5 本章小结

第3章 射频CO2激光器电源的系统结构与电路设计

3.1 激光器电源的指标要求

3.1.1 波形

3.1.2 频率

3.1.3 输出功率

3.1.4 电压

3.1.5 过压、过流、过热等保护

3.2 激光器电源的系统结构

3.3 射频信号发生电路

3.3.1 晶体振荡电路

3.3.2 射极路随电路

3.3.3 推挽射极跟随电路

3.4 射频功率放大电路

3.4.1 功率放大器设计步骤

3.4.2 放大级数和增益分配

3.4.3 输入级

3.4.4 中间级

3.4.5 末前级

3.4.6 输出级

3.5 电源与激光器的匹配

3.5.1 激光放电管等效阻抗

3.5.2 射频放电击穿前的波反射问题

3.5.3 满足要求的π型匹配网络

3.6 外围直流供电电路

3.7 附加保护电路

3.7.1 过流检测保护电路

3.7.2 过热检测保护电路

3.7.3 封锁电路

3.8 小结

第4章 电源电路的实现

4.1 电路元件的选择

4.1.1 电阻器选择

4.1.2 电容器选择

4.1.3 电感器选择

4.1.4 晶体管的选择

4.2 电路的布线、制板、元件配置、焊接和调试

4.2.1 布线

4.2.2 PCB板制作

4.2.3 元器件排列配置

4.2.4 焊接

4.2.5 调试

4.3 系统的散热

4.3.1 热的危害和控制

4.3.2 功率晶体管的散热

4.4 噪声、干扰及其抑制

4.4.1 噪声、干扰及其危害

4.4.2 抑制噪声和干扰的措施

4.5 小结

第5章 结论和改进

5.1 实验结果和结论

5.1.1 实验结果

5.1.2 结论

5.2 改进措施

5.3 小结

致谢

硕士期间发表的论文

[参考文献]

附录1 射频电源主电路

附录2 实验系统各单元和设备照片