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1
Fonte de Alta Tensão para o Sistema de Veto de
Múons do Detector Neutrinos Angra
Gabriel Luis Azzi 1
Mário Vaz da Silva Filho 2
VII ENCONTRO DO PROJETO NEUTRINOS ANGRA
2011
1 Laboratório Eletrônica - CAT – CBPF2 LAFEX - CBPF
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2
• Tensão de saída: -500V a -1000V• Corrente de saída máxima: 0,5mA• Tensão de Alimentação: 10V a 14V• Consumo máximo de potência: 0,5 W• Tensão de ondulação (ripple) < 10mV• Regulação de linha < 0,1%• Regulação de carga < 0,2%• Estabilidade: melhor que 0,1%
Protótipo de fonte de alta tensão negativa
Especificações:
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3
Projeto da Fonte Chaveada
Diagrama de Blocos
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4
Protótipo da fonte de alta tensão negativa - 3
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6
Caracterização da Fonte: Equipamentos Utilizados
• Multimetro : ICEL Escort , modelo MD6700
•Fonte de alimentação ICEL, modelo PS 5000
•Osciloscópio Tektronics, modelo TDS1012
•Osciloscópio Agilent
•Data Logger de Temperatura e Umidade, Instrutherm,modelo HT-500
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7
Regulação de Linha e de Carga
Ensaio a 900V para 380uA
Regulação de Linha: ±±±± 0.12 %
899,2
899,4
899,6
899,8
900
900,2
900,4
900,6
9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15
Te nsã o de a l i me nt a ç ão ( V)
Regulação de Linha
Regulação de Carga
899,9
900
900,1
900,2
900,3
900,4
180 205 230 255 280 305 330 355 380
Corrente de Saída (uA)
Ten
são
de S
aída
(-V
)
Vout (V)
Gráfico : I saída(uA) X Tensão de saída (V)para 50%,75% 100% da corrente de carga
Regulação de carga: ±±±± 0,033%
Condições: Ventrada:12VVsaída = 900,0V
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8
Ripple x Variação da Tensão de Entrada
Tensão de Entrada de 9,5V até 14,5V, com carga constante: 380uA
30
35
40
45
50
55
9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15
Tensão de Alimentação (V)
Ten
são
de R
ippl
e (m
Vpp
)
O ripple variou 14,4mV para tensões de entrada entre 9,5V e 14,5V.
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9
Caracterização da Fonte: Estabilidade
V entrada = 12VoltsI saída= 380uAPeríodo:18 horas
Ensaio: com carga p/ 380uA
Estabilidade: ± 0.1%
Gráfico da estabilidade no período de 18 horas
Gráfico da Temperatura
24,5
25
25,5
26
26,5
27
27,5
4:15
PM
4:50
PM
5:25
PM
6:00
PM
6:35
PM
7:10
PM
7:45
PM
8:20
PM
8:55
PM
9:30
PM
10:0
5 P
M
10:4
0 P
M
11:1
5 P
M
11:5
0 P
M
12:2
5 A
M
1:00
AM
1:35
AM
2:10
AM
2:45
AM
3:20
AM
3:55
AM
4:30
AM
5:05
AM
5:40
AM
6:15
AM
6:50
AM
7:25
AM
8:00
AM
8:35
AM
HORA
TE
MP
(C
)
900
900,1
900,2
900,3
900,4
900,5
900,6
900,7
4:15
PM
4:50
PM
5:25
PM
6:00
PM
6:35
PM
7:10
PM
7:45
PM
8:20
PM
8:55
PM
9:30
PM
10:0
5 P
M
10:4
0 P
M
11:1
5 P
M
11:5
0 P
M
12:2
5 A
M
1:00
AM
1:35
AM
2:10
AM
2:45
AM
3:20
AM
3:55
AM
4:30
AM
5:05
AM
5:40
AM
6:15
AM
6:50
AM
7:25
AM
8:00
AM
8:35
AM
HORA
TE
NS
ÃO
DE
SA
ÍDA
(V
)
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Tensão de Saída em função da Tensão de Ajuste
Ensaio: Aumentamos a tensão de saída desde 250 V até 1000V com passo de 50 Volts. Medimos a Tensão de Setproporcional a cada aumento
- Carga: 380uA;-V entrada:12V;-I entrada: 0,12A- Alta Tensão monitorada diretamente no conector de alta tensão
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0,7 0,87 1,04 1,21 1,38 1,55 1,72 1,89 2,06 2,23 2,4 2,57 2,74 2,91 3,08 3,25 3,42
Vset (V)
Vsa
ída
(-V
)
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Formas de onda de Ripple + Ruído
Condições : V saída = -900V Corrente na carga = 380uA Valimentação = 12V Osciloscópio:1Mohm
Osciloscópio Agilent DSO90256A 2.5GHz, 50 ohms OsciloscópioTDS1012B 100MHz, 1Mohm
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Condições : MAPMT a -900V, background de saídas de amplificadores observados com Osciloscópio DSO90256B
Ripple + Noise nas saídas dos amplificadores
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Condições :Osciloscópio:Agilent DSO90256B, escala vertical 10mV/div, horizontal 100ns/divObservando saída de um canal de amplificador com fonte de alta tensão desligada.
Efeito insignificante de Ripple + Noise nas saídas dos amplificadores
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Sinais de raios cósmicos detectados e amplificados, ruido insignificante
Condições : MAPMT a -900V Osciloscópio DSO90256B observando diretamente 3 anodos da MAPMTcom fotocatodos recebendo sinais de cintiladores FNAL + fibra WLS Kuraray YS-11 sob raios cósmicos.
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• Determinou-se as características principais das fontes , que apresentaram baixo ruído, alta estabilidade e regulação e baixo consumo.
Conclusões
• Projetou-se e construiu-se fontes de alta tensão ne gativas na faixa de utilização esperada para os tubos fotomult iplicadores – PMTs do detector de múons do detector Neutrinos An gra.
• As fontes foram usadas no CBPF em testes de PMTs ( dois anos com a Hamamatsu R5912 e um ano com a H7546A) q ue duravam vários dias, sem nenhuma falha, mantendo-se a estabilidade melhor que 0,1%.
• Custo das partes é inferior a 300 reais.