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

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:

3

Projeto da Fonte Chaveada

Diagrama de Blocos

4

Protótipo da fonte de alta tensão negativa - 3

5

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

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

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.

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

)

10

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.