КРИОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2006 года по МПК H01L39/18 

Описание патента на изобретение RU2282281C1

Изобретение относится к криоэлектронике, в частности может быть использовано для формирования прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью.

Известны устройства преобразования импульсов, содержащие полупроводниковые пороговые элементы: диоды, транзисторы, тиристоры и др. [1, с.265-315]. Однако при низких (азотных или гелевых) температурах работают только специальные элементы из материалов с высокой подвижностью носителей (GaAs, InAs и др.) и степенью легирования.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь импульсов, содержащий в качестве порогового элемента транзистор, включенный особым образом [1, с.308]. Такая схема позволяет переменный (например, гармонический) сигнал преобразовать в прямоугольный. Недостатком такого устройства является ограниченная скорость переключения при низких температурах, сложность и высокая стоимость составляющих его элементов. Входная и выходная цепи гальванически связаны, что не всегда возможно. Крутизна фронта импульса и его скважность определяются элементами схемы.

Техническим результатом изобретения является снижение сложности и стоимости криоэлектронного преобразователя импульсов и способа его регулировки за счет применения двухвходового криотрона [2, с.14-15, 39] и способа его регулировки.

Технический результат достигается тем, что устройство использует симметричный двухвходовый криотрон, содержащий пленочный сверхпроводниковый вентильный элемент, расположенный между двумя симметричными проводниковыми пленочными управляющими шинами, отделенными от вентиля изолирующими пленками. Ток определенной величины Iкр, протекающий по одной или обеим шинам, создает магнитное поле, способное переключать вентиль из сверхпроводящего состояния в нормальное. Поскольку шины обладают симметрией относительно вентиля, токи в них равнорезультативны. На первую управляющую шину подают преобразуемые импульсы, на вторую шину - управляющий постоянный ток, который регулируется по величине и направлению. Вентиль включают в цепь постоянного тока. Если суммарный ток управляющих шин Iдостигает Iкр, вентиль из сверхпроводящего состояния переходит в нормальное и на нем появляется падение напряжения, которое сохраняется до тех пор, пока управляющий ток шин не опустится ниже Iкр. Так формируются импульсы прямоугольной формы, которые в дальнейшем могут быть усилены. Управление скважностью импульсов осуществляют, изменяя величину и направление тока второй шины Iy в соответствии с величиной тока переключения Iкр и амплитудой входных импульсов I1. Величина тока переключения является характеристикой криотрона, зависит от его конструкции и материалов и может быть определена экспериментально. Исходя из вышесказанного, можно записать

или

В случае гармонического сигнала величина управляющего тока может быть выражена в явном виде I1=I10sinωt. Для получения прямоугольных импульсов на выходе преобразователя целесообразно включить во входную цепь выпрямитель и подать на первую шину не переменный, а пульсирующий ток (фиг.4, а). В момент времени t1 ток I1 достигает величины Iкр и вентиль переключается в нормальное состояние и остается в нем до момента времени T/2-t1 (Т - период импульса), когда ток I1 уменьшается до Iкр и вентиль переключается. Во время t=T/2-2t1 на вентиле будет сохраняться падение напряжения ΔUB (фиг.4, с), т.е. прямоугольный импульс, имеющий скважность S1=Т/τ1, где τ1 - длительность импульса τ1=T/2-2t1.

Если скважность импульсов велика или переключения не происходит (Iкр>I1, S→∞) на вторую шину подают ток Iy и суммарный ток шин Iстановится равным I=I1-Iy (фиг.4, в, график 2).

Если скважность импульсов недостаточна, то на вторую шину подают ток Iy противоположного направления и суммарный ток будет равен I=I1+Iy (фиг.4, в, график 3).

Соответственно на вентиле сформируются импульсы, имеющие скважность S2 и S3 (фиг.4, с).

Выражение (2) можно записать с учетом формы и амплитуды I10 импульсов I1:

преобразуя (3), получим выражение

Выражение (4) связывает ток управления, критический ток криотрона, амплитуду преобразуемых импульсов и скважность выходных импульсов. Это дает возможность регулировать последнюю, изменяя величину и направление управляющего тока через вторую шину криотрона. Сопоставительный анализ признаков, изложенных в техническом решении, с признаками прототипа показывает, что заявленный преобразователь отличается от прототипа тем, что в качестве порогового элемента используют двухвходовой симметричный криотрон, управление скважностью осуществляют изменяя силу и направление постоянного тока управляющей шины в соответствии с выражением (4), что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "новизна".

Сравнение заявленного технического решения с другими в данной области техники показало, что устройство, содержащее двухвходовой симметричный криотрон, на одну управляющую шину которого подаются преобразуемые импульсы, а на вторую - постоянный ток, величина и направление которого определяют скважность выходных импульсов в соответствии с (4), неизвестно. Кроме того, совокупность существенных признаков вместе с ограничительными позволяет обнаружить у заявляемого решения иные, в отличие от известных, свойства, к числу которых можно отнести следующие:

- гальваническая развязка входной и выходной цепей;

- возможность регулировки длительности фронта импульса в зависимости от времени переключения;

- возможность задания скважности импульсов в соответствии с (4);

- простота и технологичность изготовления устройства;

- простота регулировки скважности импульсов;

- отсутствие полупроводниковых приборов и связанных с этим ограничений.

Таким образом, иные в отличие от известных свойства, присущие предложенному техническому решению, доказывают наличие существенных отличий, направленных на достижение технического результата.

На фиг.1 приведена схема преобразователя импульсов, входной каскад которого включает управляющую шину 1, выпрямитель и потенциометр, управляющую шину 2, питаемую источником постоянного тока (не показан), и выходной каскад, включающий вентильный элемент 3, питаемый источником постоянного тока (не показан), ограничивающий резистор и усилитель, выделяющий выходной преобразованный сигнал. На фиг.2 изображен в плане на подложке 5 двухвходовой пленочный криотрон, управляющие шины 1 и 2 (электроды) которого отделены от вентильного элемента 3 изолирующими пленками 4. На фиг.3 этот криотрон показан в разрезе. На фиг.4 изображены временные зависимости входного тока после выпрямителя (а), суммарного тока обеих шин (в) и падения напряжения на вентильном элементе в зависимости от величины и направления управляющего тока (с).

Криотронный преобразователь импульсов реализован следующим образом. На керамическую подложку MgO (10×10×2 мм) последовательно наносились: медный электрод 1 (4×10 мм × 2 мкм); изолирующий слой 4 - MgO толщиной 2 мкм; вентильный электрод из высокотемпературного сверхпроводника Bi2Sr2CaCu2O8 10×2 мм; 2 мкм изолирующий слой 4 и медный электрод 2 (4×6 мм × 2 мкм). Устройство помещалось в криостат с жидким азотом. Криотрон (в силу своей симметричности переключался) включали в цепь (фиг.1) входного, выходного каскадов и цепь управления. На вход подавали синусоидальный сигнал сетевой частоты (Т=0,02 с; I=10 мА). Критический ток управляющих шин для перехода данного вентиля в нормальное состояние составил Iкр=5 мА. Допустим, необходимы импульсы скважностью 2. Из выражения (4) следует найти ток управления:

Ток управления имеет отрицательную величину, следовательно, он направлен встречно направлению преобразуемого тока.

Таким образом, предложенный криоэлектронный преобразователь импульсов обладает большей простотой, технологичностью (нет транзисторных элементов) и возможностью регулировки.

Источники информации

1. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства, М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.

2. Интегральные схемы и микроэлектронные устройства на сверхпроводниках, В.Н.Алфеев и др. - М.: Радио и связь, 1985. - 232 с.

Похожие патенты RU2282281C1

название год авторы номер документа
Криотронный счетный триггер 1978
  • Рахубовский Валерий Андреевич
SU741425A1
ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1992
  • Брагин Алексей Алексеевич[Ua]
RU2089999C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТА-ТОК 2004
  • Коркин Вячеслав Васильевич
RU2274948C2
Преобразователь переменного напряжения в постоянное 1985
  • Иванов Геннадий Васильевич
  • Гречко Эдуард Никитович
  • Амромин Арнольд Лейбович
SU1270849A1
Преобразователь частоты 1984
  • Мордвинов Юрий Александрович
SU1205240A1
ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НЕПРЕРЫВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ 1991
  • Тибушкин В.П.
  • Чупахин М.М.
RU2029961C1
Устройство для защиты непосредственного трехфазного преобразователя частоты 1983
  • Машьянов Владимир Гаврилович
  • Наплеенкова Светлана Александровна
  • Савченко Станислав Павлович
  • Магда Владимир Васильевич
SU1185485A1
Способ управления непосредственным преобразователем частоты для регулируемого электропривода с широтно-импульсным регулированием (шир) выходного напряжения и непосредственный преобразователь частоты для регулируемого электропривода 1978
  • Козляев Юрий Дмитриевич
  • Загорский Виктор Теодорович
  • Агафонов Михаил Павлович
SU858200A1
СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ 1999
  • Ичкитидзе Л.П.
RU2181517C2
Ячейка памяти для криотронного сдвигающего регистра 1974
  • Войтович Игорь Данилович
SU526022A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 282 281 C1

Реферат патента 2006 года КРИОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано для формирования прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости и сложности устройства и его регулировки за счет использования симметричного двухвходового криотрона. Технический результат достигается за счет того, что на первую управляющую шину криотрона подается преобразуемый сигнал, на вторую - управляемое постоянное напряжение, а выходной сигнал выделяется в виде падения напряжения на вентиле и затем усиливается. Управляющий ток может увеличивать или уменьшать скважность импульсов. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 282 281 C1

1. Криоэлектронный преобразователь импульсов, содержащий пороговый и регулирующий элементы, отличающийся тем, что пороговый элемент представляет собой двухвходовый криотрон, который содержит пленочный вентильный элемент, на первую управляющую шину которого подают преобразуемые импульсы, а регулируют параметрами выходных импульсов, регулируя величину и направление тока через вторую шину.2. Криоэлектронный преобразователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что пленочный вентильный элемент криотрона расположен между двумя симметричными проводниковыми пленочными управляющими шинами, отделенными от него изолирующими пленками.3. Криоэлектронный преобразователь импульсов по п.1, отличающийся тем, что в случае гармонического входного сигнала скважность выходных импульсов S задают с помощью соотношения:

Iу=Iкр-I10cosπ/S,

где Iy - ток шины управления; (возможный знак «-» показывает, что необходимо изменить направление тока);

I10 - амплитуда преобразуемого тока;

Iкр - суммарный ток управляющих шин, переключающий вентиль (характеристика криотрона).

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2282281C1

Переключательный элемент 1974
  • Лапир Геннадий Моисеевич
  • Лихарев Константин Константинович
  • Семенов Василий Кириллович
SU539333A1
Криотронный логический элемент ИЛИ 1990
  • Алюшин Михаил Васильевич
  • Алюшин Александр Васильевич
SU1753590A1
СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ 1999
  • Ичкитидзе Л.П.
RU2181517C2
Рыбозащитное устройство 1981
  • Левшин Николай Павлович
  • Ефремов Владимир Георгиевич
  • Левшин Александр Николаевич
SU1010188A1
Устройство для дистанционного измерения толщины пленки нефти на поверхности водоемов 1981
  • Шевелева Тамара Юлиановна
  • Леус Наталья Борисовна
SU1010523A1
Устройство для контроля и управления процессом изготовления резиновых смесей 1982
  • Ключников Николай Васильевич
  • Пухов Алексей Петрович
  • Вольнов Анатолий Алексеевич
SU1073757A1
Способ тепловой обработки фильтровального материала 1979
  • Федосеева Лариса Михайловна
  • Миронова Ирина Семеновна
  • Исаев Валентин Павлович
SU887654A1

RU 2 282 281 C1

Авторы

Игумнов Владимир Николаевич

Филимонов Виталий Евгеньевич

Ахметханов Антов Юрьевич

Даты

2006-08-20Публикация

2005-01-21Подача