СПЕКТРОТРОН Советский патент 1969 года по МПК H03K3/313 

Известны спектротроны, содержащие индуктивность, нелинейную емкость на р-n-переходе, емкость фильтра и разделительную емкость.

Предлагаемый спектротрон отличается от известных тем, что он содержит дополнительную индуктивность и нелинейную емкость, включенные симметрично с индуктивностью и нелинейной емкостью по отношению к емкости фильтра, а также разделительную емкость, подсоединенную к общей точке дополнительных нелинейной емкости и индуктивности и к источнику спектра.

Это позволяет увеличить быстродействие спектротрона.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого спектротрона; на фиг. 2 - спектры I и II источников спектра; на фиг. 3 - амплитудная характеристика спектротрона.

Предлагаемое устройство содержит два параллельных колебательных контура I и 2, каждый из которых состоит из линейных индуктивностей 3 и 4, емкостей р-n-переходов полупроводниковых диодов 5 и 6, а также конденсатора 7 фильтра, общего для обоих контуров. Один его вывод соединен с катодами диодов 5 и 6, а другой - с общей шиной источника питающих спектров. Каждый из контуров через разделительные емкости 8 и 9 соединен с шиной, поочередно возбуждаемой одним из двух спектров питающих напряжений. Спектральные составляющие II спектра смещены относительно составляющих I спектра так, что

При этом должны выполняться следующие условия: во-первых, диапазоны перестройки контуров 1 и 2 не должны перекрываться, то есть, если из ряда последовательно возрастающих по частоте спектральных составляющих ω₁, ω₂, …, ω_к-1, ω_к, ω_к+1, …, ω_2к-1, ω_2к, перекрывающих диапазон перестройки обоих контуров, выбрать диапазон перестройки контура 1 от частоты ω₁ до ω_к, то самая низшая частота диапазона перестройки контура 2 должна быть не ниже ω_к+1;

во вторых, величины индуктивностей 3 и 4 должны иметь такие значения, чтобы при одинаковом смещении по постоянному напряжению однотипных диодов 5 и 6 резонансные частоты контуров находились в разных диапазонах, причем, когда контур 1, например, настроен на составляющую ω₃, то частота настройки контура 2 должна быть равной , а когда контур 2 настроен на составляющую ω_к+3, то контур 1 должен быть настроен на частоту .

При выполнении вышеуказанных условий взаимное размещение амплитудных характеристик спектротрона на контуре 1 (кривая а) и спектротрона на контуре 2 (кривая б) такое, что точкам максимума характеристики U_{вых I}=f₁(U_вх) соответствуют точки минимума характеристики U_{вых II}=f₂(U_вх), и наоборот.

Работа предлагаемого спектротрона заключается в следующем. Предположим, что он находится в i-ом устойчивом состоянии равновесия (кривая а), то есть контур 1 настроен на составляющую ω_i I спектра питающих напряжений. При смене I спектра на II амплитудные характеристики контуров 1 и 2 смещаются (кривые в, г). Напряжение на конденсаторе 7 в момент смены остается неизменным и равным U_{вх i}, а в контуре 1 устанавливается колебание с частотой ω′_i. Как только амплитуда колебаний превысит уровень U_вых, начинается подзаряд конденсатора 7 через диод 5. Этот процесс заканчивается переходом спектротрона в (i+1) устойчивое состояние равновесия. Но так как конденсатор 7 фильтра является общим для обоих контуров, то резонансная частота контура 2 также изменится на определенную величину и при смене спектра на первоначальный устанавливаются колебания уже в контуре 2 с частотой ω_i+к, подзаряжая конденсатор 7. По истечении переходного процесса в спектротроне устанавливается (i+2) состояние устойчивого равновесия. При дальнейшей смене спектра процессы протекают аналогичным образом. При этом при переходе спектротрона в (i+3) состояние устойчивого равновесия в контуре 2 устанавливаются колебания частоты , при. переходе спектротрона в (i+4) состояние устойчивого равновесия колебания устанавливаются снова в контуре 1, но уже с частотой ω_i+1 и т.д.

Таким образом, при переходе спектротрона последовательно из состояния в состояние частота его настройки все время возрастает, переходя через каждые два состояния из одного диапазона перестройки контура в другой.

Быстродействие предлагаемого устройства без учета времени установления колебаний в контуре определяется постоянной времени заряда конденсатора 7 через один из прямосмещенных диодов 5 или 6.

τ_зар.=R_д.пр.·C,

где R_д.пр. - прямое сопротивление диода,

С - емкость конденсатора 7.

Таким образом, в предлагаемом устройстве длительность переходного процесса при переводе спектротрона из одного состояния в следующее задается постоянной времени τ_зар цепи заряда емкости фильтра через прямосмещенный диод и за счет неравенства.

τ_зар<<τ_разр.

существенно сокращается по сравнению с длительностью переходных процессов в известных устройствах.

Другим преимуществом предлагаемого устройства является повышение надежности получения многих состояний устойчивого равновесия, так как в этом устройстве для получения такого же количества состояний устойчивого равновесия, как и у известного спектротрона, используется в четыре раза меньший Участок перестройки варикапа по емкости по сравнению с известным спектротроном на одном нелинейном элементе, управляемым сменой спектров питающих напряжений.

Спектротрон, содержащий индуктивность, нелинейную емкость на p-n переходе, емкость фильтра и разделительную емкость, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, он содержит дополнительную индуктивность и нелинейную емкость, включенные симметрично с индуктивностью и нелинейной емкостью по отношению к емкости фильтра, а также разделительную емкость, подсоединенную к общей точке дополнительных нелинейной емкости и индуктивности и к источнику спектра.