Файл: Цифровые многозначные элементы и структуры учеб. пособие.pdf

в ней содержатся все элементы спектротрона в соответствии с блоксхемой (рис. 11). Напряжение питания U (t) через конденсатор С2 подается на параллельный колебательный контур, состоящий из ли­ нейной индуктивности и емкости последовательного соединения кон­ денсатора С1 и р — «-перехода полупроводникового прибора Д, в ка­ честве которого могут быть использованы кремниевые стабилитроны или переход база— коллектор транзисторов. Устойчивые состояния спектротрона различаются частотой колебаний на контуре и напря­ жением на конденсаторе С1.

Для передачи информации в схемах, построенных на основе спектротронов, обычно используют кратковременное воздействие на ем­ кость фильтра низкой частоты, приводящее к изменению ее заряда. Такой способ управления ь(1)

спектротроном обеспечивает наибольшее быстро­ действие элемента [15].

Перевод спектротрона из одного состояния в другое можно также осуществить, вызвав внеш­ ним воздействием кратковременную перестрой­ ку контура. Это достигается, например, измене­ нием коэффициента усиления. Однако такой спо­ соб управления спектротроном критичен к ам­ плитуде и длительности внешнего воздействия.

Другой способ управления спектротроном состоит в кратковре­ менном разрыве петли обратной связи, что можно осуществить, от­ ключая, например, напряжение U (t) с линейчатым спектром, шунти­ руя контур или отключая его от входа последующего звена. При этом устраняется критичность к амплитуде внешнего воздействия, но со­ храняется критичность к его длительности.

Высокой надежностью отличаются способы управления спектро­ троном путем кратковременного смещения амплитудной характеристи­ ки. Такое смещение осуществляется изменением собственной частоты контура или сменой спектров питающего напряжения. Эти способы управления спектротроном подробно описаны в [25].

§ 1.3. Фазо-гармонические элементы

Элементы, устойчивые состояния которых отличаются фазой гар­ монических колебаний, называют фазо-гармоническими. Принцип действия многих фазо-гармонических элементов основан на явлении параметрического резонанса. Сами же элементы такого типа полу­ чили название параметрических генераторов, или параметронов.

Параметрон представляет собой резонансную цепь, в которой периодически изменяется индуктивность или емкость. В соответствии с этим различают индуктивные и емкостные параметроны (рис, 17).

19

В индуктивном параметроне (рис. 17, а) индуктивность L = Ьг + + L2вместе с конденсатором С образует контур с резонансной частотой со„. В обмотки W1 и W2 подается ток возбуждения, изменяющийся по гармоническому закону с частотой 2со0, а также постоянный ток сме­ щения, служащий для выбора рабочей точки на характеристике фер­ ритового сердечника и настройки контура на частоту, близкую к со0. Наличие симметрии в схеме параметрона исключает появление четных гармоник в выходном сигнале.

В емкостном параметроне (рис. 17, б) резонансный контур образует индуктивность L и два нелинейных конденсатора С1 и С2, в качестве

Рис. 17. Принципиальные схемы параметронов:

а — индуктивного; б — емкостного.

которых обычно используются емкости р — n-переходов полупровод­ никовых приборов. Между средней точкой индуктивности L и средней точкой нелинейных конденсаторов действует напряжение возбуж­ дения с частотой 2со0 и постоянное напряжение смещения, необхо­ димое для настройки контура на частоту, близкую к частоте субгар­ моники напряжения возбуждения.

Таким образом, в индуктивном параметроне изменяется с часто­ той 2со0 индуктивность L, а в емкостном — изменяется с такой же час-

С 4- С

тотой емкость С = 1.7Г 2 . При этом в контуре могут возникнуть

CiCo

нарастающие колебания. Это явление называют параметрическим воз­ буждением колебаний.

Рассмотрим упрощенную модель возникновения параметрических колебаний на примере индуктивного параметрона. Пусть контур па­ раметрона находится в режиме свободных колебаний с частотой со и в момент времени t0 по индуктивности протекает ток i. В этом случае запас энергии в индуктивности будет равен

Предположим, что в момент t0 величина тока i в индуктивности L максимальна и в этот же момент индуктивность уменьшается на вели­ чину AL настолько быстро, что ток не успевает измениться. На умень­ шение индуктивности затрачивается работа внешнего источника. При

20

этом энергия, запасенная в индуктивности, изменяется на величину

После того как энергия колебательного контура получила прира­ щение АЕ, ток в индуктивности уменьшается и запасенная в ней элек­ тромагнитная энергия переходит в электростатическую энергию кон­ денсатора. Если в момент, когда вся энергия контура сосредоточится в электрическом поле конденсатора, увеличить индуктивность на вели­ чину AL, то энергия контура не изменится. Через половину периода собственной частоты со контура ток в индуктивности опять достигает максимальной величины. Если в этот момент снова изменить индуктив­ ность на величину AL,to энергия в контуре увеличится на туже вели­ чину АЕ.

Таким образом, за полный период колебаний в контуре полное приращение энергии за счет работы внешнего источника составило

2АЕ = 2Е - ^ - .

За это же время контур теряет часть энергии АЕП

АЕп = 2лоЕ,

где ст — затухание контура.

Если энергия, поступающая в контур от внешнего источника, будет превышать потери, то в нем возникнут и будут нарастать колеба­ ния с частотой со0, условие существования которых можно записать в

Уменьшение индуктивности в момент, когда ток максимален, приводит к увеличению энергии в контуре независимо от направления тока. Поэтому фаза установившихся колебаний может иметь только одно из двух значений, отличающихся между собой на 180°. Фаза этих коле­ баний и является признаком устойчивых состояний бистабильного

параметрона. Если коэффициент модуляции т |для емкостного пара­

метром т — значительно больше коэффициента затухания а, то

параметрон находится в так называемом «жестком» режиме возбужде­ ния. При этом он имеет три устойчивых состояния, два из которых характеризуются колебаниями с фазами 0 и 180°, а третье— отсутстви­ ем колебаний.

21

Для управления фазами колебаний необходимо подать в контур параметрона колебания, которые по мощности превосходят колеба­ ния в контуре. Мощность управляющих сигналов можно уменьшить, если предварительно погасить колебания в контуре параметрона. Для смены фаз параметрических колебаний в зависимости от поступа­

пряжения питания, сдвинутые на 73 периода полного цикла пере­ дачи информации.

Емкостные параметроны характеризуются высоким быстродейст­ вием. Частота со0 в таких параметронах достигает десятков мегагерц, а время переключения составляет несколько наносекунд.

Параметроны индуктивного типа характеризуются более низким быстродействием, которое обусловлено большим временем перемагничивания ферритовых сердечников.

Фазо-гармонические элементы, имеющие больше трех устойчивых состояний, можно построить на основе двухконтурного параметриче­ ского генератора, работающего в режиме взаимной синхронизации гене­ рируемых колебаний. В таком генераторе (рис. 18) осуществляется параметрическое возбуждение системы двух колебательных кон­ туров с собственными частотами о>! и со2. благодаря воздействию на

трически возбужденных колебаний могут принимать лишь k -f 1 фиксированное значение, каждое из которых отличается друг от друга

на угол -j|4p-p Для управления фазами колебаний в двухконтурном

параметроне можно использовать те же способы, что и для одноконтур­ ного параметрона.

22