Нелинейный элемент, формирующий управляющий сигнал обратной связи в радиочастотных генераторах

(ц 173 1499 О П И С.-АИ - "И Е И ЗО БР ЕТЕ Н И Я Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30.04,80, Бюллетень1 (45) Дата опубликования описания 30.04.8 СССР по делам изобретений, К, Красно дена Трудового Красного Знамени институт физик АН Грузинской ССРаявитель 4) НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ФОРМИРУЮЩУПРАВЛЯЮЩИЙ СИГНАЛ ОБРАТНОЙ СВЯЗВ РАДИОЧАСТОТНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ генер ванне рпбо- силий, на Изобретение относится к технике ации переменного тока с использо м 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 1, 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 сверх- проводник 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 п ров и включает в себя стандартный у тель 1 с крутизной 5 а/в, показывающ сколько ампер изменится выходной ток усилителя при изменении входного напряжения на однц вольт; необратимый сверхпроводник 2 с углом Холла, большим 45", находя щийся в смешанном состоянии, дополнительно усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления Р. Сверхпроводник 2 включен на выходе основного усилителя 1, а формирующееся иа сверхпроводнике па дение напряжения через дополнительныйусилитель 3 обратной связи подается в положительиоц обратиоц связи на вход основного усилителя 1.Возможность получения незатухающих 15 колебаний тока в усилителе 1 основана наследующих физических процессах,Причиной падения напряжения на сверхпроводнике второго рода является движение вихрей Абрикосова под действием про ходящего по сверхпроводнику внешнеготока. В случае, когда сверхпроводник является обратимым, т. е. когда в нем нет дефектов кристаллической решетки, на которых вихри могут закрепляться (пиниинг вихрей), на сверхпроводнике формируется пропорциональное току падение напряженця 11=й 11. Кроме того, возникает и поперечное к току падение напряжения (эффект Холла) Ь=Я,1,о 01. Поэтому эффективное ЗО сопротивление сверхпроводника Лр и уголХолла Он являются основными параметрами, определяющими проводящие свойствасверхпроводника в смешанном состоянишВ реальных сверхпроводииах всегдаимеется некоторое число центров пииииш а 5вихрей (дислокации, выпадения дру ой фазыи т. д.), которые приводят к необратимостисверхпроводника,В сильно неоднородных сверхпроводииках (с большим числом центров шииишиа) 10каждый вихрь закрепляется па большомчисле своих участков так, что можно говорить о нахождении всего вихря как целого,в некоторой потенциальной яме. Если числоцентров пинииига достаточно велико и они 15распределены по сверхпроводиику достаточно однородно, то все вихри находятсяв одинаковых потенциальных ямах. Прималых амплитудах внешнего тока движениекаждого вихря происходит вблизи для этихпотенциальных ям, т. е. сила пиннинга, действующая на единицу длины каждого вихря, как целого, имеет вид упругой силыР= - Йг,25 где г - смещение вихря относительно положения равновесия (в данном случае, диа ямы);й - коэффициент упругости эффектив- З 0 иой ямы.Движение вихря под действием внешнего тока, плотность которого равна 1(Ц, описывается тогда уравнением 35-- ПГ 1 д йн где р, и О - удельное сопротивление и угол Холла сверхпроводника, когда внешнее магнитное поле равно верхнему критическому значению НС 2 и параллельно осп г. 45Рассмотрим для определенности ток, текущий вдоль оси х. Тогда общее решение уравнения (2) имеет видх (1) = х (о) соз ( я 1 и йн) + у (о) з 1 и У 50Х (У я 1 п Ин) ен - айц )о Х Р - ) е н я 1 п л я 1 и 6 - 6У =у (о) соз(я 1 п 6 н) - х(о) я 1 п(н з 1 п 6)55 Хе "о " - а 61 - )о 60 Хс оз 4 з 1 п 6 - 6,где х(о) и у(0) - координаты начального положения вихря, а 65+ а т/(1 - т) е " нсозя 1 п н 2 н (5) о Такое движение вихрей индуцирует в сверхпроводнике электрическое поле, на- пряженностью е=- -- 1, В,(6) где В - иидукция сверхпроводника. Послеподстановки сюда компоненты (о) для падения напряжения вдоль тока - резистивного напряжения - получим: Х (е - г) е - онсоз лз 1 пйн - 26, (7) а после подстановки компонентов (5) дляХолловского падения напряжения получим:Ц (г) =-и, = Ц 11 д О+;( я 1 и 1 я 1 и 6- 26. (8) Две последние формулы описывают отклик сверхпроводника на любой переменный ток, максимальная величина которого много меньше критического тока 1,. 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 Ь(1),подаваемым на вход усилителя, соотношением0 +(9) Поэомч миореииыс значения компонент соросли любого вихря, движимого током достаточно малым по сравнению с критическим значением 1, (при котором наступает отрыв вихря от потенциальной ямы), через достаточно большое время 1/ (чСояОн)- бую т 1 авив1 х И) = - " = а(зп йн + асагу (;)о.344 ираки 88 Типография, пр, Сапунова,где 1, - 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)о Р ) р.сов лв 1 п 8 - 28,(10) где введен параметрр=5 р Я20который будем называть коэффициентомобратной связи.Решение уравнения (10) имеет вид У(1) = У, 1+е - " соя(а 1+ р), (12) 25где" + сов, (13)30 Теперь мы видим, что при выполнении 35условия 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) следует81 п 26 н) р ) 2 совОн,что возможно лишь при Ои)45.В соответствии с общей теорией генераторов, установившемуся режиму генератора в ооластп (16) отвечают следующие значения параметровр =- 2 соя 6 вв = /)Г - сов 2 йв. (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 необратпмыи 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 состояниис углом Холла больше 45 в качестве нелинейного элемента, формирующего управляющий сигнал обратной связи в радиочастотных генераторах.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Молчанов А. П., Занадворов П. Н.Курс электротехники и радиотехники. М.,Наука, 1969, с, 338.