Передающее устройство радиоспектрометра (его варианты)

 

1. Передающее устройство радиоспектрометра , содержащее усилитель мощности и подключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конденсатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений путем повышения стабильности выходного напряжения , оно дополнительно содержит две стабилизирующие цепочки, каждая из которых состоит из последовательно однонаправленно включенных диодов и последовательно однонаправленно включенных стабилитронов, причем диоды в первой стабилизирующей цепочке S включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, (Л стабилитроны включены противоположно диодам, а стабилизирующие цепочки своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности .

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ)У БЛИН () 9) (11) (5()4 G 01 N 24/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ вЂ” %

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1-, Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{54} ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РАДИОСПЕКТРОМЕТРА (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Передающее устройство радйоспектрометра, содержащее усилитель фиг. 1 (21) 3322753/18-25 (22) 24.07.81 (4б) ЗО.С8.85. Бюл. ¹ 32 (72) А.Е. Мефед и Ф.Ф. Брызгалов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 538.69.083.2(088.8) (56) Ellett I.D. et al. Spectrometers

for multiple-pulse ЫМК. Advan., Маеп

Reserch ° 1971, v. 5, р. 140, Ерофеев Л.Н. и др.- Спектрометр ЯМР высокого разрешения для исследования твердых тел. ПТЗ, 1977, ¹- 2, с. 145 (прототип). 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 повьтшения стабильности выходного напряжения, оно дополнительно содержит две стабилизиру|ощие цепочки, каждая из которых состоит иэ последовательно однонаправленно включенных диодов и последовательно однонаправленно включенных стабилитронов, причем диоды в первой стабилизирующей цепочке включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабилитроны включены противоположно диодам, а стабилизирующие цепочки своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности

1029728

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 области „ радиоспектроскопии и может быть использовано в радиоспектрометрах ядерного магнитного и ядерного квадрупольного резонансов.

Известно передающее устройство радиоспектрометра, содержащее усилитель мощности и подключенный к его выходу 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 усиления иэ-за заряда цепей смещения сеточными токами, падением эмиссии ламп., падением добротности резонансного контура из-эа нагрева катушки индуктивности. В результате падает амплитуда радиочастотного магнитного поля, генерируемого в катушке индуктивности, что не позволяет поддерживать оптимальные условия эксперимениз последовательно однонаправленно включенных диодов и последовательно однонаправленно включенных стабисторов, причем диоды в первой стабилизирующей цепочке включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабисторы включены в направлении включения диодов, а стабилизирующие цепочки своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности. ч. Устройство по п.3 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, в

5 частности понижает точность измерений, а в случае твердых тел — и разрешающую способность.

Наиболее. близким техническим решением к изобретению является пере1б дающее устройство радиоспектрометра, содержащее усилитель мощности и подключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого кон15 денсатора.

Основным недостатком известного устройства является невысокая стабильность его выходного напряжения.

За время одной последовательности

20 радиочастотных импульсов его выходное напряжение падает на 2Х, что приводит к соответствующему уменьшению амплитуды радиочастотного магнитного поля, генерируемого в катушке индуктивности

Целью изобретения является увеличение точности измерений путем повыз 1029728 4 шения стабильности выходного напряжения.

Цель достигается тем, что передающее устройство радиоспектрометра,. содержащее усилитель мощности и под- 5 ключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конден.сатора, дополнительно содержит две стабилизирующие цепочки, каждая из которых состоит из последовательно

-однонаправленно включенных диодов и последовательно однонаправленно включенных стабилитронов, причем диоды в первой стабилизирующей цепоч- 15 ке включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабилитроны включены противоположно диодам, а стабилизирующие цепочки своими раэнополярными выводами N подключены 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 30 в стабилизирующих цепочках противоположна, а также сопротивления, включенные параллельно каждому диоду.

В варианте изобретения указанная цель достигается тем, что передающее устройство радиоспектрометра, содержащее усили ель мощности и подключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конден- 411 сатора, дополнительно содержит две стабилизирующие цепочки, каждая из которых состоит из последовательно однонаправленно включенных диодов и последовательно однонаправленно 45 включенных стабисторов, причем диоды первой стабилизирующей цепочки включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабисторы включены в направлении включения диодов, а стабилизирующие цепочки своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности.

Кроме того, в варианте передающего устройства радиоспектрометра каждая стабилизирующая цепочка дополнительно содержит включенные параллельно стабисторам конденсатор и последовательно соединенные сопротивление и источник постоянного напряжения, 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 сопротивление

15 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 стабилитронов

1029728 включены стабисторы, первые 19 и вто- рые 20 соответственно, а направление их включения совпадает с направлением включения соответствующих диодов.

Передающее устройство радиоспектрометра работает следующим образом.

На вход усилителя мощности t подают сигнал Б „ с амплитудой П.„ и о

10 частотой У, которую устанавливают близкой или равной частоте ядерного резонанса в исследуемом образце, расположенном в катушке индуктивнос— ти 3. Усиленный сигнал с выхода уси- 15 лителя 1 поступает на резонансный контур ?, который настраивают на частоту Я с помощью конденсатора 4.

При этом сопротивление резонансного контура 2 и амплитуда выходного .,о напряжения П,» максимальны, а в катушке 3 генерируется радиочастотное магнитное поле 2Н,Созда,амплитуда 2Н 1 которого пропорциональна

U„ö, Это поле возбуждает ядерный вцx резонанс в исследуемом образце и определяет рабочие характеристики радиаспектрометра и его возможности при измерении ттараметров образца.

Коэффициент К усиления усилителя и З0 о амплитуду U „входного сигнала усо танавливают согласно условию U

1 I вх

K)UñT Цст где Пст H Пст cуммар ное напряжение стабилизации стабилитронов, первых 7 и вторых 9 соответственно.

При положительной палуволне напряжения U,„ через первые диады 6 течет ток I, который заряжает результирующую емкость С первых ста- 40 ст билитронав 7 до напряжения U,» . Величина емкости С „ может составлять десятки или сотни пикофарад, Так как прямое сопротивление первых диодов 6 мало, .а обратное сопротивление стабилитронов велико, то время заряда емкости С, стабилитронов не превышает десятых долей микросекунды, В результате автоматически абра- с0 зуется постоянное стабилизированное напряжение U,, которое "подпирает" первые диоды 6 и задает порог„ определяющий амплитуду положительной полувалны напряжения U „ . При воз- у вы» растании этой полуволны выше значения U 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 Б ст

В результате обеспечивается стабилизация этой полуволны на уровне U >-, который определяется параметрами первых стабилитронов 7 и имеет высокую стабильность.

Аналогичным образом действует вторая стабилизирующая цепочка из вторых диодов 8 и вторых стабилитронав 9.

Отличие состоит в том, что эта цепочка стабилизирует отрицательную полуволну выходного напряжения на уровне

-U,, равном суммарному напряжению стаСилизации вторых стабилитронов 9.

Для тога чтобы положительная и отрицательная полуволны выходного напряжения Пвц„ совпадали по величине, стабилитраны в обеих цепочках выби-! о рают из условия U".т

Тип и число и стабилитранав в цео о почках выбирают из условия ст вых х о

Usvx < ст о где U, — треЬуемое значение амплитуды выходного напряжения передающего устройства радиоспектраметра;

U — напряжение стабилизации одного стабилитрона.

Для эффективной стабилизации этой амплитуды первые диоды 6, соответственна вторые 8 выбирают таким образам, чтобы их проходная емкость не превышала нескольких пикофарад, а суммарное дифференциальное сопротивление m диодов в каждой цепочке не превышало сопротивления резонансного контура 2. П;",и этом первые 6 и вторые 8 диоды эффективно управляют вео личиной U,„, поддерживая ее равной о

Б,, а емкость стабилитронов не влияет на резонансную частоту резонансного контура 2.

Так как обратное напряжение на диодах в каждой стабилизирующей цепочке достигает величины 2U< ., то число диодов m выбирают из условия где U „ — допустимое обратное пробивное напряжение одного диода.

1029728

Поскольку обратное сопротивление у диодов обычно не одинаково, то обратное напряжение распределяется по диодам неравномерно. Это может привести к пробою диода. с максимальным обратным сопротивлением, а затем и всех диодов в цепочке.

Для предотвращения этого параллель- . но каждому из диодов включают одно из 0 сопротивлений 10 и 11 соответственно, которые имеют одинаковую величину, не превышающую минимального обратного сопротивления диодов (см. фиг. 2).

Для максимальной стабилизации вы 5 ходного напряжения устройства параллельно стабилитронам в цепочкзх включают конденсаторы 12 и 13 и цепи смещения, состоящие из сопротивлений

14 и 15 и и"точников постоянного напряжения 16 и 17 и обеспечивающие смещение стабилитронов в обратном о направлении до напряжения U (см. фиг. 2) °

Полярность включения источников

16 и 17 взаимно противоположна, так как противоположна полярность включения стабилитронов, соответственно первых 7 и вторых 9. Сопротивления

14 и 15 выбирают такими, чтобы их величина превосходила суммарное дифференциальное сопротивление R стабилитронов в каждой цепочке, Источники 16 и 17 выбирают такими, чтобы их ЭДС превосходила величину о

U и обеспечивала такой ток сме- 35 щения через стабилитроны, при котором величина R, минимальна. При этом на стабилитронах действует посо о тоянное напряжение Б и -П, соответственно для первых и вторых, 10 задаваемое цепями смещения, которое

"подпирает" соответствующие диоды и, имеет максимальную стабильность. Это обеспечивает максимальную стабильность выходного напряжения U,ä

45 устройства.

Величину емкости С конденсаторов

12 и 13 выбирают согласно условию .1/ Go(C + С, ) « R .. При этом пульса-! 50 ции напряжений U„H U „на стабилитронах с частотой Q минимальны, что улучшает стабилизацию выходного напряжения U ö„ устройства.

Для максимального подавления пульо саций амплитуды U этого напряжевых ния, обусловленных, например, шума,ми или паразитной модуляцией с частотой сетевого напряжения, величину емкости С конденсаторов 12 и 13 выбирают согласно условию 1/9(C+C ) сс Б „ где Q — частота указанных пульсаций. При этом пульсации напряжений

U" и U с частотой д малы, что ст увеличивает шунтирующее действие диодов на этой частоте и обеспечивает максимальное подавление пульсаций амплитуды выходного напряжения устройства.

Цепочки из диодов и стабилитро- т нов (см.фиг.1и 2) позволяют застабилизировать амплитуду выходного напряжения передающего устройства радиоспектрометра на уровне, лежащем в диапазоне от нескольких вольт до нескольких тысяч воль .

Качество стабилизации амплитуды о

0 „ выходного напряжения было измерено на передающем устройстве радиоспектрометра, работающем на частоте 14 МГц и обеспечивающем U д=

500 В.

Устройство в каждой цепочке содержало 5 стабилитронов Д817В из 20 дисдов КД 509А, каждый из которых был зашунтирован сопротивлением 10 кОм.

Измерение показало, что при непрерывной работе устройства в течение

10 с с момента его запуска уменьшео ние амплитуды U не превышало вью

О, 1Х, Это в 50 раз меньше, чем при отключенных стабилизирующих цепочках 5, и в 20 раз меньше, чем ч случае прототипа.

Работа другого варианта предложенного передающего устройства радиоспектрометра, в котором цепочки составляют из диодов и стабисторов (см. фиг. 3), аналогична описанному варианту. В этом случае стабистооы,, 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 как напряжение стабилизации стабисторов лежит в этом диапазоне. Такой уровень стабилизации необходим в радиоспектрометрах, работающих в стационарном режиме, например в спектрометрах ядерного магнитного резонанса со скрещенными катушками.

)О

1029728

ВНИИПИ Заказ 7016/1 Тираж 896 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, ул.Проектная, 4

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 резонан5 са.