Digital approach to thermionic emission current to voltage conversion for high-voltage sources of electrons

The thermionic emission current is used in many vacuum devices such as evaporators, rare gas excimers, or electron beam objects for highenergy physics. The stability of the thermionic emission current is a very important requirement for the accuracy of those devices. Hence, there is a number of control systems that use a feedback signal directly proportional to the emission current in order to stabilize the thermionic emission current. Most of them use feedback from a high-voltage anode circuit to a low-voltage cathode circuit. However, there is a novel solution that uses linear cathode current distribution and processing of two cathode circuit voltage signals for converting the emission current to voltage. However, it is based on old-fashioned analog technology. This paper shows the thermionic emission current to voltage conversion method with the use of a digital control system. A digital realization of a multiplicative-additive algorithm is presented and proper work in closed-loop mode is confirmed.

Prąd termoemisji elektronowej jest wykorzystywany w wielu przyrządach próżniowych takich jak ewaporatory, ekscymery gazów rzadkich czy w fizyce wysokich energii. Stabilność natężenia prądu termoemisji elektronowej jest ważnym wymaganiem w kontekście dokładności tych przyrządów. Istnieje wiele układów regulacji natężenia prądu termoemisji elektronowej, które używają sygnału sprzężenia zwrotnego wprost proporcjonalnego do natężenia prądu termoemisji elektronowej w celu jego stabilizacji. Większość z nich wykorzystuje sprzężenie od wysokonapięciowego obwodu anody do niskonapięciowego obwodu katody. Istnieje nowe rozwiązanie, które wykorzystuje liniowy rozkład prądu katody oraz przetwarzanie dwóch sygnałów z obwodu katody w celu konwersji natężenia prądu termoemisji na napięcie. Niestety metoda ta bazuje na przestarzałej technologii analogowej. W niniejszej pracy pokazana została konwersja natężenia prądu termoemisji elektronowej na napięcie z użyciem cyfrowego układu automatycznej regulacji. Cyfrowa realizacja algorytmu multiplikatywno-addytywnego została zaprezentowana, a poprawna praca w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego potwierdzona.