Способ управления затуханием в колебательном lc-контуре

Способ управления затуханием в колебательном lc-контуре

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и, в частности, к технике генерирования колебаний специальной формы и может быть использовано в радиоизмерительной технике и радиосвязи. Цуги (пачки колебаний) нашли широкое применение в радиотехнике.

Известен новый тип гармонических колебаний - регламентируемые колебания (РК), которые генерируются с помощью узлов аналоговой вычислительной техники (интеграторы, тригонометрические функциональные преобразователи), особенностью которых является строго регламентируемый характер изменения мгновенной фазы этих колебаний во времени [1]. Мгновенная фаза РК либо только убывает, либо только возрастает, а ее временная крутизна (частота) может управляться в широких пределах отрицательных и положительных значений, в том числе и быть равной нулю.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ генерирования регламентируемых колебаний [2]. Способ выполняют следующим образом.

1. В исходном положении (ИП) заряжают конденсатор С до напряжения Хо.

2. Задают в индуктивности L в режиме 1 положительный ток Io1=(-h+jf)CXo от источника +Хо, а в режиме 2 отрицательный ток Io2=(-h-jft)CXo от источника -Хо.

3. По команде пуск (П) отключают цепь заряда конденсатора.

4. Прерывают положительный ток в индуктивности в режиме 1 за счет отключения источника +Хо и отрицательный ток в режиме 2 за счет отключения источника -Хо.

5. Снимают с конденсатора С цуги затухающих РК

X = X o e − h t e j f t   в   р е ж и м е   1   и       ( 1 )

X = X o e − h t e − j f t   в   р е ж и м е   2.         ( 2 )

7. Управляют знаком частоты генерируемых колебаний инвертированием напряжения источника, задающего начальный ток в индуктивности.

У этого способа целый ряд достоинств: простота конструкции, четкая регламентация знака частоты (и математическая, и физическая), быстрота переключения знака частоты. Но большим недостатком его, тормозящим развитие РК, является невозможность управления затуханием в этой линейной системе, что еще 60 лет назад обосновал Г.С. Горелик [3]. Однако за это время была создана богатая элементная база операционных усилителей (ОУ), обеспечивающих стабильное линейное усиление в широком диапазоне рабочих напряжений, что обеспечивает успешное решение такой поставленной задачи.

Приемы задания особых начальных условий прототипа используются при этом. Последующая группа приемов является новой по сравнению с прототипом.

1. Вводят между землей и началом катушки индуктивности резистор ρ<<r, где r - активное сопротивление витков катушки индуктивности.

2. Напряжение на этом резисторе линейно усиливают в к раз без инверсии.

3. Вводят в колебательный контур стороннюю ЭДС, равную усиленному напряжению.

4. Устанавливают необходимый характер затухания путем регулирования эквивалентного сопротивления контура r*=r-ρ(к-1), при r*>0 - процесс затухающий, при r*=0 - процесс незатухающий, при r*<0 - процесс возрастающий.

Уравнение гармонического осциллятора при этом принимает вид

где r ∗ = r − ρ(k − 1) .               (4)

Таким образом, новые приемы предлагаемого способа открывают в радиотехнике еще один путь (кроме RC - MS) создания отрицательного сопротивления в колебательном контуре.

Сопоставительный анализ заявленного способа с прототипом показывает, что его отличительные признаки являются существенными, т.к. в таком сочетании они неизвестны в современной патентной и научно-технической литературе. В связи с вышеизложенным предлагаемый "способ управления затуханием" удовлетворяет критерию "новизна".

Простота и доступность регулирования r^* ставят также и другую, но уже вспомогательную задачу: ввести режим электронной периодизации наблюдаемых процессов затухания в колебательном контуре. Для решения этой задачи имеется современная элементная база - электронные ключи. Цепи задания особых начальных условий, обеспечивающих генерацию РК, не противоречат их применению

Высокий изобретательский уровень предлагаемого способа заключается в открывающейся перспективе массовой схемотехники генераторов РК, до создания которых осталось сделать последний шаг.

На фиг.1 дан пример технической реализации предлагаемого способа.

Устройство состоит из типового колебательного LC-контура 1, конденсатор которого представлен двумя последовательно включенными конденсаторами, что обусловлено спецификой введения особых начальных условий. Между землей и началом катушки включен резистор ρ. К контуру подключена цепь линейной положительной обратной связи, состоящая из масштабного ОУ2 без инверсии, выход которого подключен к концу второго конденсатора контура. Особые начальные условия подаются через резисторы Rт и Rз, соответственно подключенные к выходам нормально разомкнутых контактов электронных ключей (ЭК) 3, 4. Вход контактов ЭК 3 подключен к среднему контакту тумблера режимов 5, подключенного к источникам питания +Хо и -Хо. Вход контактов ЭК4 подключен к источнику +Хо. Входы управления ЭК подключены к источнику прямоугольных импульсов 6 (меандр). Специфика периодизации задания особых начальных условий заключается в следующем. В ИП в режиме 1 по катушке индуктивности течет положительный ток Iо1, знак которого задан знаком источника +Хо, а величина резисторами R+ +Rт- и величиной источника +Хо, а в режиме 2 - отрицательный ток Iо2, знак которого задан знаком источника -Хо, а величина резисторами R- +Rт и величиной источника -Хо. На конденсаторах при этом в обоих режимах идет их зарядка при надлежащем выборе номиналов до величины +Хо. При пуске задающие цепи прерываются, коммутируемые контакты ключей развязаны резисторами Rт и Rз от контура, в котором развивается цуг РК. Надобность в периодизации крайне необходима при наблюдении затухающих и возрастающих процессов. Когда же r*=0, то необходимость в ней отпадает. Отключая подачу меандра, можно наблюдать сколь угодно долго РК+

X = Xoe jft   в   режиме   1         (5)

и РК-

X = X o e − j f t   в   р е ж и м е   2.         ( 6 )

При этом следует соблюдать еще и такой регламент: сначала установить режим 1 или 2 при включенном периодизаторе, а затем отключать периодизатор.

Предлагаемый способ прост в реализации. Колебательный контур 1 может быть любым. Для повышения наглядности и веры в реальное существование РК катушку индуктивности целесообразно выбрать на многожильном проводе типа литцендрат (для повышения ее добротности). Резистор ρ целесообразно выполнить из отрезка высокоомного провода (нихром, константан). Набор обслуживающих микросхем может быть следующим: ОУ 2 - К574УД1, ЭК3,4 - один корпус КН590КН4, цепь сопряжения 6 ЭК с меандром - два элемента И-НЕ из микросхемы К576ЛА7 [4].

Список использованных источников

1. Патент РФ №2131144. Способ генерирования колебаний. Авт. изобр. Прокофьев E.B., G06G 7/26, Н03В 1/00, опубл. Би.№15, 1999 г.

2. Прокофьев Е.В. Способ генерирования регламентируемых колебаний. Заявка RU 2010114107, 2010 г.

3. Горелик Г.С. Колебания и волны. - М.: Госфизматиздат, 1959 г., стр.121.

4. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги, т.6, М.: РадиоCофт, 2000 г.

1. Способ управления затуханием в колебательном LC-контуре, основанный на подключении к контуру между землей и началом катушки дополнительного резистора ρ<<r, где r - активное сопротивление катушки, и введении особых начальных условий генерирования регламентируемых колебаний, отличающийся тем, что вводят в контур стороннюю ЭДС, равную усиленному в к раз без инверсии напряжению с резистора ρ, устанавливают требуемый характер затухания путем регулирования эквивалентного сопротивления контура r*=r-ρ(к-1), при r*>0 процесс затухающий, при r*=0 процесс незатухающий, при r*<0 процесс возрастающий.

2. Способ управления затуханием по п.1, отличающийся тем, что вводят периодизацию режимов пуска и исходного положения путем электронного прерывания цепей задания начального тока в индуктивности L и начального напряжения на конденсаторе C с регулируемой частотой периодизации.