способ управления затуханием в колебательном lc-контуре

Формула изобретения

1. Способ управления затуханием в колебательном LC-контуре, основанный на подключении к контуру между землей и началом катушки дополнительного резистора <<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 , устанавливают требуемый характер затухания путем регулирования эквивалентного сопротивления контура r*=r- (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.

Описание изобретения к патенту

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

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 <<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- (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

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 . 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+

и РК-

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 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.