Нелинейный элемент, формирующий управляющий сигнал обратной связи в радиочастотных генераторах

 

О П И С--А -йи — - И Е (11731499

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.05.78 (21) 2625804/18-25 с присоединением заявки Гче— (51) М Кл з

Н 01 L 39/06 по делам изобретений (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень е 16 (53) УДК 621.326 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Автор изобретения

Ю. К. Краснов (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

АН Грузинской ССР (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ФОРМИРУЮЩИЙ

УПРАВЛЯЮЩИЙ СИГНАЛ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

В РАДИОЧАСТОТНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ

ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к технике генерации переменного тока с использованием сверхпроводников.

В настоящее время генерация незатухающих колебаний электрического тока в радиочастотных генераторах с обратной связью осуществляется с помощью таких нелинейных элементов, как, например, колебательный контур (11, включенный в выходную цепь усилителя и связанный положительной обратной связью с управляющим элементом усилителя.

Целью данного изобретения является получение незатухающих колебаний электрического тока, частота которого может плавно регулироваться и модулироваться изменением внешнего магнитного поля.

Эта цель достигается тем, что в качестве нелинейного элемента обратной связи в генераторе используют необратимый сверхпроводник второго рода, находящийся в смешанном состоянии и имеющий угол

Холла больший, чем 45 .

На чертеже показана блок-схема генератора, в котором использован сверхпроводник второго рода в смешанном состоянии с углом Холла больше 45 .

Генератор состоит из стандартных приборов и включает в себя стандартный усилитель 1 с крутизной S а/в, показывающий, на сколько ампер изменится выходной ток усилителя при изменении входного напряжения на один вольт; необратимый сверхпроводник 2 с углом Холла, большим 45", находящийся в смешанном состоянии, дополнительно усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления р. Сверхпроводник 2 включен»а выходе основного усилителя 1, а формирующееся»а сверхпроводнике па10 дение напряжения через дополнительный усилитель 3 обратной связи подается в положительнои обратнои связи на вход основного усилителя 1.

Возможность получения незатухающих

15 колебаний тока в усилителе 1 основана на следующих физических процессах.

Причиной падения напряжения на сверхпроводнике второго рода является движение вихрей Абрикосова под действием про2р ходящего по сверхпроводнику внешнего тока. В случае, когда сверхпроводник является обратимым, т. е. когда в нем нет дефектов кристаллической решетки, на которых вихри могут закрепляться (пиннинг вихрей), на сверхпроводнике формируется пропорциональное току падение напряжения U=RfI. Кроме того, возникает и поперечное к току падение напряжения (эффект

Холла) Uir=ß,Iä0„1. Поэтому эффективное

3р сопротивление сверхпроводника Яр и угол

731499

Холла Он являются основными параметрами, определяющими проводящие свойства сверхпроводника в смешанном состоян)ш.

В реальных сверхпроводииках всегда имеется некоторое число центров пшшиш.а вихрей (дислокации, выпадения дру)ой фазы и т. д.), которые приводят к необратимости сверхпроводника.

В сильно неоднородных сверхпроводииках (с большим числом центров пиииш(га) )о каждый вихрь закрепляется иа большом числе своих участков так, что можно говорить о нахождении всего вихря как целого, в некоторой потенциальной яме. Если число центров пинииига достаточно велико и они 15 распределены по сверхпроводиику достаточно однородно, то все вихри находятся в одинаковых потенциальных ямах. При малых амплитудах внешнего тока движение каждого вихря происходит вблизи для этих потенциальных ям, т. е. сила пиннинга, действующая на единицу длины каждого вихря, как целого, имеет вид упругой силы

F = — kr, 25 где г — смещение вихря относительно положения равновесия (в данном случае, диа ямы); и — коэффициент упругости эффектив- ЗО иой ямы.

Движение вихря под действием внешнего тока, плотность которого равна j (t), описывается тогда уравнением

35 — — n„r tg8„ где рн и Он — удельное сопротивление и угол Холла сверхпроводника, когда внешнее магнитное поле равно верхнему критическому значению Н,2 и параллельно осп z. 45

Рассмотрим для определенности ток, текущий вдоль оси х. Тогда общее решение уравнения (2) имеет вид х(t) = (х(о) cos(vt sin 6„) +у(о) sin y.

)((vt sin H„)) е о " — а(йЦ)< о

p (t — ) е "" sin (v sin H„— 8„); у (t)=(y (о) cos(vt sin 8„) — х(о) sin (it sin8„))X

1

Хe (юн — иfd l(t — r)e ")С о

6О

;х,с os (it sin 6„— 8„), где х(о) и у(0) — координаты начального положения вихря, а 65 с lг и о.== "" . (4) ,о с,, со Он с.

Поэтому мгиореииые значения компонент

cкорос1и Iloo01o вихря, движимо(o TQKQM достаточно малым по сравнению с критичеСКИVI ЗиаЧЕНИЕМ jc (ПРИ КОТОРОМ НаСтУПаЕт отрыв вихря от потенциальной ямы), через достаточно большое время t/t» (vCos0„)- будут равны

У„(t) —" = а/ (t) sin H„+ о: (с 1 (t — -) о — -. О" н

V,„(t) — —. — a/(t) cos H„+

dy (+ аI d /(t — т) e " ícos () sin 8í 26н) ° (5) о

Такое движение вихрей индуцирует в сверхпроводнике электрическое поле, напряженностью (6) где  — иидукция сверхпроводника. После подстановки сюда компоненты (о) для падения напряжения вдоль тока — резистивного напряжения — получим:

U (t)=(.= t/(t):ц „J deafõ о

X (t — г) e — сoset(cos (v sinH„— 26н), (7) а после подстановки компонентов (5) для

Холловского падения напряжения получим:

U (t) -и,=к,/ф о„-(+ / II dil(t — -.)e "о н +

COS Он

>(sin (vt sin 6„— 28„(. (8)

Две последние формулы описывают отклик сверхпроводника на любой переменный ток, максимальная величина которого много меньше критического тока /,.

Нелинейная зависимость падающих на сверхпроводнике напряжений от мгновенного значения проходящего по сверхпроводннку тока позволяет осуществить генератор незатухающих колебаний электрического тока по общей блок-схеме, показанной на чертеже.

Действительно, как известно из общей теории усилителей с обратной связью мгновенное значение выходного тока усилителя

1 будет связано с напряжением V(t),подаваемым на вход усилителя, соотношением

f (t) = l, + SV(t), (9) 731499 (16) V(t) = 81i, (t) 10

»в аз

1 — u.

I (14) S(0; в)O, (15) Составитель P. Волченкова

Редактор П. Герасимова

Заказ 1750/13

Техред В. Серякова

Корректор А. Галахова

Подписное

Изд. № 344 Тираж 889

Типография, пр. Сапунова, 2 где Io — значение выходного тока при разомкнутом входе усилителя.

Когда обратная связь в генераторе осуществляется за счет резистивного напряжения, снимаемого со сверхпроводника 2, после усиления в р раз в усилителе обратной связи 3, на вход усилителя 1 поступает напряжение так, что уравнение для мгновенного значения выходного тока (9) примет вид

l(t) = " L d-I X — - (1 о

X(t — ) е """ cos (» sinH„— 28„J, (10) где введен параметр р =5 р ), 20 который будем называть коэффициентом обратной связи.

Решение уравнения (10) имеет вид

l(t) = I, 1+ е — " cos (t+ y) (12) 25

1 где

8, " 26 +созе„, (13)

Теперь мы видим, что при выполнении условия в генераторе, представленном блок-схемой на фиг. 1, самовозбуждаются незатухающие 40 гармонические колебания тока. Условие (15) может выполняться только лишь для сверхпроводников с углом Холла, большем

45 . Действительно, из (15) следует

siп 28н) р,) 2 cos*8„, что возможно лишь при 0„)45 .

В соответствии с общей теорией генераторов, установившемуся режиму генератора в onëàcòè (16) отвечают следующие значения параметров

1i =- 2 cos 8„

u) = »/ — cos2H„. (17) Предлагаемое использование необратимых сверхпроводнпков позволяет осуществить плавную регулировку частоты генерируемого тока и модуляцию этой частоты путем изменения внешнего магнитного поля, в котором находится сверхпроводник 2.

Сочетая необратимый сверхпроводник с другими реактивными элементами (емкостями, индуктивностямп и т. д.), можно получать генераторы различного типа с разной областью частот генерируемого переменного тока. Все такие генераторы, как и описанный выше, являются хорошим средством исследования проводящих свойств сверхпроводнпков, так как позволяют измерять проводимость, угол Холла и упругость потенциала ппннпнга.

Формула изобретения

Применение необратимого сверхпроводника второго рода в смешанном состоянии с углом Холла больше 45 в качестве нелинейного элемента, формирующего управляющий сигнал обратной связи в радиочастотных генераторах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Молчанов А. П., Занадворов П. Н.

Курс электротехники и радиотехники. N., «Наука», 1969, с. 338.