Передающее устройство радиоспектрометра (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК G01N24/08 

2.Устройство по П.1, отличающееся 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 подключенньй 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, устройство дополнительно содержит две стабилизирующие цепочки, каждая из которых состоит

из 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 катущке индуктивности.

4. Устройство ПС п.3, отличающееся 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.

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.

1

4ri

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 из-за заряда цепей смещения сеточными токами, падением эмиссии ламп., падением добротности резонансного контура из-за нагрева катушки индуктивности. В результате падает амплитуда радиочастотного магнитного поля, генерируемого в катушке индуктивности, что не позволяет поддерживать оптимальные условия эксперимента в течение всей импульсной последовательности.

Это ухудшает основные рабочие характеристики радиоспектрометра, в частности понижает точность измерений, а в случае твердых тел - и разрешающую способность.

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

Основным недостатком известного устройства является невысокая стабильность его выходного напряжения. За время одной последовательности радиочастотных импульсов его выходное напряжение падает на 2%, что приводит к соответствующему уменьшению амплитуды радиочастотного магнитного поля, .генерируемого в катущке индуктивности.

Целью изобретения является увеличение точности измерений путем повышения стабильности выходного напряжения . Цель достигается тем, что переда щее устройство радиоспектрометра, содержащее усилитель мощности и под ключенньй 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 ди ды в первой стабилизирующей цепочке включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабилитроны включены противоположно диодам, а стабилизирующие цепочки своими разнополярными выводами подключены параллельно катушке инду тивности. Кроме того, в передающем устройс ве радиоспектрометра каждая стабили зирующая цепочка дополнительно содержит включенные параллельно стаби литронам конденсатор и последовател но соединенные сопротивление и источник постоянного напряжения, причем полярность включения источников в стабилизирующих цепочках противоположна, а также сопротивления, вкл ченные параллельно каждому диоду. В варианте изобретения указанная цель достигается тем, что передающее устройство радиоспектрометра, с держащее усилитель мощности и подключенный к его выходу резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности и перестраиваемого конденсатора, дополнительно содержит две стабилизирую1цие цепочки, каждая из которых состоит из последовательно однонаправленно включенных диодов и последовательно однонаправленно включенных стабисторов, причем диоды первой стабилизирующей цепочки включены противоположно диодам во второй стабилизирующей цепочке, стабисторы включены в направлении включения диодов, а стабнпизирующие цепочки своимиразнополярными выводами подключены параллельно катушке индуктивности. Кроме того, в варианте передающего устройства радиоспектрометра каждая стабилизирующая цепочка дополнительно содержит включенные па 284 раллельно стабисторам конденсатор и последовательно соединенные сопротивление и источник постоянного напряжения, причем полярность включения 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 1Д и 15 и источники постоянного напряжения 16 и 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 включены стабисторы, первые 19 и вт рые 20 соответственно, а направление их включения совпадает с направ лением включения соответствующих ди одов. Передающее устройство радиоспектрометра работает следующим образом На вход усилителя мощности 1 подают сигнал и с амплитудой U, и частотой U , которую устанавливают близкой или равной частоте ядерного резонанса в исследуемом образце, расположенном в катушке индуктивнос ти 3. Усиленный сигнал с выхода уси лителя 1 поступает на резонансный контур 2, который настраивают на частоту Ы с помощью конденсатора 4. При этом сопротивление резонансного контура 2 и амплитуда выходного напряжения ь максимальны, а в ка тушке 3 генерируется радиочастотное магнитное поле 2Н,Coswt,амплитуда 2Н . которого пропорциональна о )|х поле возбуждает ядерный резонанс в исследуемом образце и определяет рабочие характеристики радиоспектрометра и его возможности при измерении параметров образца. Коэффициент К усиления усилителя и амплитуду и g); входного сигнала устанавливают согласно УСЛОВИЮ U „. I I в X , U(, , где I(,j и U(, - сумма ное напряжение стабилизации стабилитронов, первых 7 и вторых 9 соответственно . При положительной полуволне напряжения Ug,, через первые диоды 6 течет ток I, который заряжает результирующую емкость С первых ста билитронов 7 до напряжения U, . Величина емкости С j. может составлять десятки или сотни пикофарад. Так как прямое сопротивление пер вых диодов 6 мало, .а обратное сопротивление стабилитронов велико, то время заряда емкости С стабилитронов не превышает десятых долей микросекунды. В результате автоматически образуется постоянное стабилизированное напряжение U , которое подпирает первые диоды 6 и задает порог, определяющий амплитуду положительной полуволны напряжения и. При возрастании этой полуволны выше значения U(. резко возрастает шунтирующее действие первых диодов 6 на резонансный контур 2, а при ее понижении оно резко уменьшается, так что амплитуда положительной полуволны остается равной величине U. . В результате обеспечивается стабилизация 3Tofi 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 стабилитронов 9. Отличие состоит в том, что эта цепочка стабилизирует отрицательную полуволну выходного напряжения на уровне -Uj. , равном суммарному напряжению стабилизации вторых стабилитронов 9. Для того чтобы положительная и отрицательная полуволны выходного напряжения совпадали по величине, стабилитроны в обеих цепочках выбирают из условия . Up. . Тип и число п стабилитронов в цепочках выбирают из условия и„ U о о1к требуемое значение амплитуды выходного напряжения передающего устройства радиоспектрометра;и, - напряжение стабилизации одного 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 то диодов в каждой цепочке не превышало сопротивления резонансного контура 2. При этом первые 6 и вторые 8 диоды эффективно управляют величиной Uftbix поддерживая ее равной Up,., а емкость стабилитронов не влияет на резонансную частоту резонансного контура 2, Так как обратное напряжение на диодах в каждой стабилизирующей цепочке достигает величины , то число диодов m выбирают из условия mU 2U, , (2) где - допустимое обратное про биБное напряженрге одного диода. Поскольку обратное сопротивление у диодов обычно не одинаково, то обратное напряжение распределяется по диодам неравномерно. Это может привести к пробою диода с максимяльным обратным сопротивлением, а затем и всех диодов в цепочке. Для предотвращения этого параллел но каждому из диодов включают одно и сопротивлений 10 и 11 соответственно которые имеют одинаковую величину, не превышающую минимального обратного сопротивления диодов (см. фиг. 2) Для максимальной стабилизации выходного напряжения устройства параллельно стабилитронам в цепочках вклю чают конденсаторы 12 и 13 и цепи сме щения, состоящие из сопротивлений 14 и 15 и и:точников постоянного напряжения 16 и 17 и обеспечивающие смещение стабилитронов в обратном 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 дифферендиальное сопротивление R стабилитронов в каждой цепочке. Источники 16 и 17 выбирают такими, чтобы их ЭДС превосходила величину Up и обеспечивала такой ток смещения через стабилитроны, при котором величина R,, минимальна. При этом на стабилитронах действует постоянное напряжение U и -U , соответственно для первых и вторых, задаваемое цепями смещения,которое подпирает соответствующие диоды ч. имеет максимальную стабильность. Это обеспечивает максимальную стабильность выходного напряжения устройства. Величину емкости С конденсаторов 12 и 13 выбирают согласно условию . 1 / Ы (С Ср) « RCT ГГри этом пульсации напряжений и„ и 1,- на стабилитронах с частотой fZ минимальны, что улучшает стабилизацию выходного напряжения устройства, Для максимального подавления пуль саций амплитуды V этого напряжения, обусловленных, например, шума|ми или паразитной модуляцией с частотой сетевого напряжения, величину емкости С конденсаторов 12 и 13 выбирают согласно условию 1/5(C+C)3iRj,, где si - частота указанных пульсаций. При этом пульсации напряжений -dt и U|. с частотой п малы, что увеличивает шунтирующее действие ДИоДов на этой частоте и обеспечи ает максимальное подавление пульсаций амплитуды выходного напряже устройства, Цепочки из диодов и стабилитронов (см.фиг. 1 и 2) позволяют застабилизировать амплитуду выходного напряжения передающего устройства радиоспектрометра на уровне, лежащем в диапазоне от нескольких вольт до нескольких тысяч воль-. Качество стабилизации амплитуды выходного напряжения бьшо измерено на передающем устройстве радиоспектрометра, работающем на частоте 14 МГц и обеспечивакнцем , 500 В. Устройство в каждой цепочке содержало 5 стабилитронов Д817В из 20 диодов КД 509А, каждый из которых был л / зашунтирован сопротивлением 10 кОм. м„,,„.„ Измерение показало, что при непрерьтной работе устройства в течение 10 с с момента его запуска уменьше ,,о ние амплитуды U не превышало О,1%. Это в 50 раз меньше, чем при отключенных стабилизирующих цепочках 5, ив 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 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 как напряжение стабилизации стабисторов лежит в этом диапазоне. Такой уровень стабилизации необходим в радиоспектрометрах, работающих з стационарном режиме, например в спектрометрах ядерного магнитного резонанса со скрещенными катушками.