质谱分析是一种测量离子质荷比(质量-电荷比)的现代元素分析方法,能够将物质成分按照质荷比的不同进行分离,广泛的应用在物理、化学、天文、生物等科学研究领域。质谱仪由离子进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器、数据处理系统、射频电源及真空系统组成。作为常用质谱仪的一种,四极杆质谱仪由于其仅依靠纯电场工作,具有结构简单、扫描速度快、无磁滞现象、恶劣环境适应性强等优点。四极杆质量分析器由中心对称的四根电极杆构成,通过将高频高压信号施加在电极杆结构上,可以在四极杆的内部形成质谱分析所需的双曲电场,进而利用变化的电场实现对离子的过滤和分析。射频电源是四极杆质谱仪的重要组成部分,用于在质谱仪的分析过程中为四极杆结构提供高频高压信号。针对我国质谱分析仪器国产化与便携化的产业需求,本文设计了一款可以应用于四极杆质谱仪的射频电源。本文简要介绍了四极杆质谱分析仪的基本工作原理与离子稳定运动条件,并根据质谱分析的实际工作流程确定了射频电源的输入、输出条件。基于质谱仪的工作原理,在综合国内外其他射频电源设计特点的基础之上,本文给出了射频电源系统的总体设计方案以及详细的模块设计方案。本文所设计的射频电源系统主要包括信号调制模块、高频放大模块、直流控制模块、直流放大模块、变压器部分、包络提取与反馈电路、监测模块等。高频放大模块采用运放和功率管构成两级放大电路,具有调试方便、能够传输完整包络的优点;变压器采用间绕方案实现,能够在较小的体积、较高的谐振频率下实现高的输出电压。根据射频电源的设计方案,本文设计了四层电路板结构,并对高频高压信号的PCB Layout设计、板间的机械结构设计、散热设计进行简要的说明。本文主要完成了电路的仿真工作,搭建了射频电源测试系统,对电源正样的输出电压波形、对称性、包络台阶、功耗、监测信号等指标进行了测试。经实际测试,射频电源可以在谐振频率1.330MHz的输入条件下,输出最大峰峰值电压不低于3.3k V的调幅高频高压信号,射频电源功耗32W,交直比的标准差约为0.00104366,满足射频电源的设计指标。针对本文所设计的应用于轻小型四极杆质谱仪的射频驱动电源,通过电路仿真、理论计算、实验分析验证了电路设计的正确性。射频电源采用模块化设计思想,结构简单,预留调试接口,便于后期调试与扩展;电源采用标准化接口,组装方便,便于同质谱仪其他组件连接;电源输出电压高、波动小,其设计与性能对于国内四极杆质谱仪射频电源的设计具有一定的参考价值。