Σχεδιασμός Και Κατασκευή Κυκλώματος Παραγωγής Παλμών Υψηλής Ενέργειας Και Μικρής Χρονικής Διάρκειας

Abstract

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή κυκλώματος παλμών υψηλής έντασης και μικρής χρονικής διάρκειας, για την τροφοδοσία ενός διοδικού Laser, με στόχο τη δημιουργία nanosecond φωτεινών παλμών υψηλής έντασης. Οι φωτεινοί αυτοί παλμοί είναι αναγκαίοι στην Βιοϊατρική και μπορούν να συμβάλλουν στην κατασκευή συστημάτων, για την ανίχνευση ή και για την καταστροφή καρκινικών κυττάρων (Φωτοδυναμική θεραπεία - PDT).Η παρούσα εργασία εστιάζει στο ηλεκτρονικό κύκλωμα οδήγησης ενός διοδικού Laser. Ο απαιτούμενος φωτεινός παλμός υψηλής έντασης, χρειάζεται να είναι της τάξης των nanosecond. Aυτό από την πλευρά της Ηλεκτρονικής δημιουργεί απαιτήσεις παλμών ρεύματος της τάξης των 10 Ampere. Αναφέρουμε ότι ο λόγος που θέλουμε ισχυρό παλμό, είναι για να μπορέσουν τα φωτόνια να φτάσουν σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο βάθος, τα οποία θα είναι δυνατόν να προκαλέσουν φωτοδυναμική θεραπεία. Θέλουμε παλμό μικρής χρονικής διάρκειας έτσι ώστε η συνολική απορροφηθείσα ενέργεια να είναι πολύ μικρή, ώστε να μην αλλοιωθεί ο βιολογικός ιστός.Η δημιουργία ενός παλμού αυτής της τάξης των ρευμάτων και των χρόνων, παρουσιάζει πολλά κατασκευαστικά προβλήματα. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά στοιχεία εμπορίου για να μπορεί να κατασκευαστεί το κύκλωμα και αυτό μας περιορίζει τις ευελιξίες σχεδιασμού.Το βασικό κύκλωμα οδήγησης αποτελείται από τα εξής στάδια: το προενισχυτικό στάδιο, τον ενισχυτή ρεύματος και το τελικό στάδιο οδήγησης Laser. Το προενισχυτικό στάδιο συνδέει έναν Driver τύπου LVPECL, ο οποίος δημιουργεί τον παλμό με τον ενισχυτή ρεύματος. Ο ενισχυτής ρεύματος δημιουργείται με power mosfet transistor και δημιουργεί έναν ικανοποιητικό παλμό για την οδήγηση του τελικού σταδίου. Το τελικό στάδιο λειτουργεί με πολλαπλά παράλληλα συνδεόμενα power mosfet τα οποία συμπεριφέρονται ως διακόπτες για την οδήγηση του Laser. Παράλληλα με τα παραπάνω τμήματα υπάρχει έλεγχος της θερμοκρασίας των ηλεκτρονικών στοιχείων λόγω των υψηλών ρευμάτων. Το τελικό αποτέλεσμα του σχεδιασμού είναι η δημιουργία παλμών 1.8 - 40 nanosecond με ρεύματα της τάξης από 1 - 17 Αmpere.Στα πρώτα κεφάλαια περιγράφονται τα φυσικά φαινόμενα της επίδρασης του φωτός με την ύλη, την χρήση τους στην Βιοϊατρική τεχνολογία και στην λειτουργία των Laser. Τα φαινόμενα αυτά αναλύονται για να αναδειχθεί η χρησιμότητα της δημιουργίας του ηλεκτρονικού συστήματος. Στα επόμενα αναφερόμαστε στο ηλεκτρονικό κύκλωμα, την ανάλυση και τον σχεδιασμό του.