Передающее устройство радиоспектрометра (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СГ 1 УБЛИМфиг. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ. И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(5 б) Е 11 ей 1.Р, е а 1. БресготпегеГог пя 1 й 1 р 1 е-рц 1 зе ЫЖ. Айчап., МаепКезегсЬ 1971, ч. 5, р. 140,Ерофеев Л.Н. и др.- СпектрометрЯМР высокого разрешения для исследов твердых тел. ПТЭ, 1977, У 2,с 5 (прототип).(54) ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РАДИОСПЕКТРОМЕТРА (ЕГО ВАРИАНТЫ).(57) 1, Передающее устройство радй спектрометра, содержащее усилитель мощности и подключенный к его выходурезонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конденсатора, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений путем повышения стабильности выходного напряжения, оно дополнительно содержитдве стабилизирующие цепочки, каждаяиз которых состоит иэ последовательно однонаправленно включенных диодови последовательно однонаправленновключенных стабилитронов, причем диоды в первой стабилизирующей цепочкевключены противоположно диодам вовторой стабилизирующей цепочке,стабилитроны включены противоположно диодам, а стабилизирующие цепочкисвоими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности1029728 2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что каждая стабилизирующая цепочка дополнительно содержит включенные параллельно стабилитронам конденсатор и последовательно соединенные сопротивление и источник постоянного напряжения, причем полярность включения источников в стабилизирующих цепочках противоположна, а также сопротивления, включенные параллельно каждому диоду.3. Устройство по п.2, содержащее усилитель мощности и подключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений путем повышения стабильности выходного напряжения, устройство дополнительно содержит две стабилизирующие цепочки, каждая из которых состоит%Изобретение относится к областирадиоспектроскопии и может бытьиспользовано в радиоспектрометрахядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов,Известно передающее устройстворадиоспектрометра, содержащее усилитель мощности и подключенный к еговыходу резонансный контур, содержащий катушку индуктивности и перестраиваемый конденсатор.Недостатком известного спектрометра является то, что при генерировании длинной последовательности радиочастотных импульсов выходное напряжение устройства падает с течением времени, что обусловлено уменьшением его коэффициента усиленияиэ-за заряда цепей смещения сеточными токами, падением эмиссии ламп.,падением добротности резонансногоконтура из-эа нагрева катушки индуктивности, В результате падает амплитуда радиочастотного магнитного поля, генерируемого в катушке индуктивности, что не позволяет поддерживать оптимальные условия эксперимениз последовательно однонаправленновключенных диодов и последовательнооднонаправленно включенных стабисторов, причем диоды в первой стабилизирующей цепочке включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабисторы включеныв направлении включения диодов, астабилизирующие цепочки своими разнополярными выводами подключеныпараллельно катушке индуктивности,ч, Устройство по п.З, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что каждая стабилизирующая цепочка дополнительно содержит включенные параллельно стабисторам конденсатор и последовательно соединенные сопротивление и источник постоянного напряжения, причем полярность включения источников в стабилизирующих цепочках противоположна. та в течение всей импульсной последовательности.Это ухудшает основные рабочие характеристики радиоспектрометра, в5 частности понижает точность измерений, а в случае твердых тел - и разрешающую способность,Наиболее близким техническим решением к изобретению является пере 1 б дающее устройство радиоспектрометра, содержащее усилитель мощностии подключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушкииндуктивности и перестраиваемого кон 15 денсатора.Основным недостатком известногоустройства является невысокая стабильность его выходного напряжения,За время одной последовательности20 радиочастотных импульсов его выходное напряжение падает на 2 Е, что приводит к соответствующему уменьшениюамплитуды радиочастотного магнитногополя, генерируемого в катушке индук"25 тивности.Целью изобретения является увеличение точности измерений путем повыщения стабильности выходного напряжения,Цель достигается тем, что передающее устройство радиоспектрометра,.содержащее усилитель мощности и подключенный к его выходу резонансныйконтур, состоящий нз катушки индуктивности и перестраиваемого конден.сатора, дополнительно содержит двестабилизирующие цепочки, каждая изкоторых состоит из последовательнооднонаправленно включенных диодови последовательно однонаправленновключенных стабилитронов, пРичем диоды в первой стабилизирующей цепочке включены противоположно диодамво второй стабилизирующей цепочке,стабилитроны включены противоположно диодам, а стабилизирующие цепочки своими раэнополярными выводами 20подключены параллельно катушке индуктивности.Кроме того, в передающем устройстве радиоспектрометра каждая стабилизирующая цепочка дополнительно содержит включенные параллельно стабилитронам конденсатор и последовательно соединенные сопротивление и источник постоянного напряжения, причем полярность включения источников 30в стабилизирующих цепочках противоположна, а также сопротивления, включенные параллельно каждому диоду,В варианте изобретения указаннаяцель достигается тем, что передающее устройство радиоспектрометра, содержащее усилиель мощности и подключенный к его выходу резонансныйконтур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конденсатора, дополнительно содержит двестабилизирующие цепочки, каждая изкоторых состоит из последовательнооднонаправленно включенных диодов ипоследовательно однонаправленно 45включенных стабисторов, причемдиоды первой стабилизирующей цепочки включены противоположно диодамво второй стабилизирующей цепочке,стабисторы включены в направлениивключения диодов, а стабилизирующиецепочки своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности.Кроме того, в варианте передающего устройства радиоспектрометракаждая стабилизирующая цепочка дополнительно содержит включенные параллельно стабисторам конденсатор и последовательно соединенные сопротивление и источник постоянногонапряжения, причем полярность включе ния источников в стабилизирующих цепочках противоположна, а также сопротивления, включенные параллельно каждому диоду.На фиг. 1 показана схема передающего устройства радиоспектрометра; на фиг, 2 - стабилизирующие цепочки со стабилитронами; на фиг. 3 - стабилизирующие цепочки со стабисторами.Передающее устройство радиоспектрометра содержит усилитель мощности 1, подключенный к его выходу резонансный контур 2, состоящий из катушки индуктивности 3 и перестраиваемого конденсатора 4, две стабилизирующие цепочки 5, первая стабилизирующая цепочка содержит последовательно однонаправленно включенные первые диоды 6 и последовательно включенные в противоположном направлении первые стабилитроны 7, а вторая - вторые диоды 8 и вторые стабилитроны 9, включенные противоположно соответственно первым диодам 6 и первым стабилитронам 7.Стабилизирующие цепочки 5 своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности 3.К стабилизирующим цепочкам 5 могут быть подключены сопротивления 10 и 11, конденсаторы 12 и 13, сопротивления 14 и 15 и источники постоянного напряжения 16 н 17 (см.фиг, 2) . При этом каждое из сопротивлений 10 и 11 подключено параллельно одному из первых диодов 6 и вторых диодов 8 соответственно, конденсатор 12 и последовательно соединенные сопротивление 14 и источник 16 подключены параллельно первым стабилитронам 7, конденсатор 13 и последовательно соединенные сопротивление15 и источник 17 подключены параллельно вторым стабилитронам 9, а полярность включения источников напряжения 16 и 17 в стабилизирующих цепочках противоположна.Вариант передающего устройства радиоспектрометра содержит две стабилизирующие епочки 18 (см. фиг. 3), которые отличаются от стабилизирующих цепочек 5 тем, что в них вместо первых и вторых стабилитроноввключены стабисторы, первые 19 и вто-рье 20 соответственно, а направление их включения совпадает с направлением включения соответствующих диодов.Передающее устройство радиоспектрометра работает следующим образом.На вход усилителя мощности 1 подают сигнал Бс амплитудой Пв ио10частотой У, которую устанавливаютблизкой или равной частоте ядерногорезонанса в исследуемом образце,расположенном в катушке индуктивности 3. Усиленный сигнал с выхода усилителя 1 поступает на резонансныйконтур , который настраивают начастоту Я с помощью конденсатора 4.При этом сопротивление резонансного контура 2 и амплитуда выходного 20.,онапряжения П , максимальны, а в катушке 3 генерируется радиочастотное магнитное поле 2 Н,Созьтй,амплитуда 2 Н 1 которого пропорциональнаНц , Это поле возбуждает ядерныйвцхрезонанс в исследуемом образце иопределяет рабочие характеристикирадиоспектрометра и его возможностипри измерении ттараметров образца.Коэффициент К усиления усилителя и 30оамплитуду Пв входного сигнала усотанавливают согласно условию Ц1вхК) "ст ф "стгде "ст и Нс суммарное напряжение стабилизации стабилитронов, первых 7 и вторых 9 соответственно.При положительной полуволне напряжения цв, через первые диоды 6течет ток 1, который заряжает результирующую емкость С первых стастбилитронов 7 до напряжения Ц, . Величина емкости Сможет составлятьдесятки или сотни пикофарад,Так как прямое сопротивление первых диодов 6 малоа обратное сопротивление стабилитронов велико, товремя заряда емкости С, стабилитронов не превышает десятых долеймикросекунды,В результате автоматически образуется постоянное стабилизированноенапряжение Уст, которое "подпирает"первые диоды 6 и задает порог определяющий амплитуду положительнойполуволны напряжения Б. При возвыхрастании этой полуволны выше значения Н резко возрастает шунтирующее действие первых диодов б на резонансный контур 2, а нри ее понижении оно резко уменьшается, так что амплитуда положительной полуволны остается равной величине БстВ результате обеспечивается стабилизация этой полуволны на уровне Н 1.-,-, который определяется параметрами первых стабилитронов 7 и имеет высокую стабильность.Аналогичным образом действует вторая стабилизирующая цепочка из вторых диодов 8 и вторых стабилитронов 9. Отличие состоит в том, что эта цепочка стабилизирует отрицательную полу- волну выходного напряжения на уровне1-Уст, равном суммарному напряжению стабилизации вторых стабилитронов 9,Для того чтобы положительная иотрицательная полуволны выходного нап. ряжения Пвц совпадали по величине, стабилитроны в обеих цепочках выби орают из условия Б в -НТип и число и стабилитронов в цео о почках выбирают из условияОт 8 ЫХ хосвихст огДе Пвцх - тРеЬУемое значение амплитуды выходного напряженияпередающего устройства радиоспектрометра;Б, - напряжение стабилизацииодного стабилитрона,Для эффективной стабилизации этой амплитуды первые диоды 6, соответственно вторые 8 выбирают таким образом, чтобы их проходная емкость не превышала нескольких пикофарад, а суммарное дифференциальное сопротивление тп диодов в каждой цепочке не превышало сопротивления резонансного контура 2. При этом первые 6 и вторые 8 диоды эффективно управляют веоличиной У поддерживая ее равнойоБа емкость стабилитронов не влияет на резонансную частоту резонансного контура 2.Так как обратное напряжение на диодах в каждой стабилизирующей цепочке достигает величины 20 , то число диодов тп выбирают из условия где Поь - допустимое обратное пробивное напряжение одногодиода.Поскольку обратное сопротивлениеу диодов обычно не одинаково, тообратное напряжение распределяетсяпо диодам неравномерно, Это можетпривести к пробою диода. с максимальным обратным сопротивлением, а затем и всех диодов в цепочке.Для предотвращения этого параллельно каждому из диодов включают одно изОсопротивлений 1 О и 11 соответственно,которые имеют одинаковую величину,не превышающую минимального обратного сопротивления диодов (см. фиг. 2),Для максимальной стабилизации вы 5ходного напряжения устройства параллельно стабилитронам в цепочкзх включают конденсаторы 12 и 13 и цепи смещения, состоящие из сопротивлений14 и 15 и источников постоянногонапряжения 16 и 17 и обеспечивающиесмещение стабилитронов в обратномонаправлении до напряжения Б, (см.фиг, 2)Полярность включения источников16 и 17 взаимно противоположна, таккак противоположна полярность включения стабилитронов, соответственнопервых 7 и вторых 9. Сопротивления14 и 15 выбирают такими, чтобы ихвеличина превосходила суммарное дифференциальное сопротивление Кстабилитронов в каждой цепочке, Источники 16 и 17 выбирают такими,чтобы их ЭДС превосходила величинуоП и обеспечивала такой ток смещения через стабилитроны, при котором величина В., минимальна. Приэтом на стабилитронах действует посо отоянное напряжение Б и -П , соответственно для первых и вторых, 10задаваемое цепями смещения, которое"подпирает" соответствующие диоды и,имеет максимальную стабильность. Этообеспечивает максимальную стабильность выходного напряжения Увы, 45устройства,Величину емкости С конденсаторов12 и 13 выбирают согласно условию,1/ и(С+ С, ) КПри этом пульса 50ции напряжений 0 и Цна стабилитронах с частотой й минимальны, что улучшает стабилизацию выходного напряжения 0 , устройства,Для максимального подавления пульосаций амплитуды Б этого напряжевыхния, обусловленных, например, шума;ми или паразитной модуляцией с частотой сетевого напряжения, величину емкости С конденсаторов 12 и 13 выбирают согласно условию 1/0(С+С ) сс В.где. Я - частота указанных пульсаций. При этом пульсации напряжений Б-. и Б с частотой й малы, чтостувеличивает шунтирующее действие диодов на этой частоте и обеспечивает максимальное подавление пульсаций амплитуды выходного напряжения устройства. Цепочки из диодов и стабилитро-снов (см.фиг.1 и 2) позволяют застабилизировать амплитуду выходногонапряжения передающего устройстварадиоспектрометра на уровне, лежащем в диапазоне от нескольких вольтдо нескольких тысяч вольт.Качество стабилизации амплитудыоП , выходного напряжения было измерено на передающем устройстве радиоспектрометра, работающем на частоте 14 МГц и обеспечивающем Пв д=500 В.Устройство в каждой цепочке содержало 5 стабилитронов Д 817 В из 20 дисдов КД 509 А, каждый из которых былзашунтирован сопротивлением 10 кОм.Измерение показало, что при непрерывной работе устройства в течение10 с с момента его запуска уменьшеоние амплитуды 0 не превышаловыхО, 17 Это в 50 раз меньше, чем приотключенных стабилизирующих цепочках 5, и в 20 раз меньше, чем чслучае прототипа,3Работа другого варианта предложенного передающего устройства радиоспектрометра, в котором цепочкисоставляют из диодов и стабисторов (см. фиг. 3), аналогична описанному варианту. В этом случае стабисторы первые 19 и вторые 20,работают аналогично стабилитронам.Использование стабисторов позволяет осуществить стабилизацию выходного напряжения устройства на уровне,лежащем в диапазоне от долей вольта до нескольких вольт, так какнапряжение стабилизации стабисторов лежит в этом диапазоне. Такойуровень стабилизации необходим врадиоспектрометрах, работающих встационарном режиме, например вспектрометрах ядерного магнитногорезонанса со скрещенными катушками,1029728 раж 896 Подписн аказ 7016 1 НИИПИ Пате н иал Таким образом, предложенное передающее устройство радиоспектрометра имеет высокую стабильность амплитуды выходного напряжения. Это улучшает рабочие характеристики радиоспектрометра, в частности повышает точность измерений и разрешающую способность спектрометров ядерного магнитного резонан са. Ужгород, ул. Проек тная,