Резонансного сопротивления

Измерение индукции и напряженности постоянного магнитного поля с использованием явления ядерного магнитного резонанса. Если на ядра какого-либо вещества одновременно воздействовать постоянным и переменным высокочастотным магнитными полями, то при определенном соотношении между индукцией постоянного поля В и частотой переменного поля ш наступает режим резонансного поглощения энергии ядрами этого вещества. Известно, что ядро атома может иметь определенное число ориентации во внешнем магнитном поле; для ядра атома водорода — протона таких возможных ориентации две: по полю и против поля. Этим двум состояниям соответствует определенная разность энергий, которая равна 2црб, где fip — магнитный момент протона. Кроме того, для переориентации протона из направления по полю в противоположное необходим квант энергии hf, где h — универсальная постоянная Планка; f — частота.

12. Квантовые преобразователи. Принцип действия квантовых преобразователей основан на избирательном поглсщении или излучении электромагнитных волн веществом, помещенным в магнитное поле. В зависимости от природы элементарных частиц, участвующих в процессе резонансного поглощения или излучения энергии, различают преобразователи электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса. К квантовым относятся также преобразователи, принцип действия которых основан на использовании эффекта Джозеф-сона.

Явлению магнитного резонансного поглощения соответствует в основном два резонанса: ядерный магнитный (парамагнитный) резонанс (ЯМР) и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).

Явление резонансного поглощения имеет место только при определенном соотношении магнитной индукции и частоты генератора. Так, для воды (протонов) в поле 0,5 Тл резонанс возникает при частоте 21,2 МГц. Таким образом, значение любой физической величины, предварительно преобразованной в напряженность магнитного поля, может быть определено по значению резонансной частоты высокочастотного поля.

Описанная выше установка может быть применена и для исследования ЭПР. Этот вид резонансного поглощения имеет место в парамагнитных веществах. Парамагнитные — это вещества, атомы которых имеют лишь частично заполненные электронные оболочки.

При построении квантовых измерительных преобразователей наиболее часто используется явление резонансного поглощения энергии радиочастотного электромагнитного поля рабочим веществом, находящимся под воздействием таких преобразуемых величин, как напряженность постоянного магнитного или электрического поля, давление, температура. Использование указанного явления позволяет установить связь между частотой электромагнитных колебаний и значениями преобразуемых величин и проводить их измерение с точностью, обусловленной лишь погрешностью определения значений соответствующих физических констант, так как погрешность измерения частоты весьма незначительна (10~5...10~6%).

При периодическом изменении частоты переменного магнитного поля в пределах ширины резонансной линии поглощения наблюдается модуляция интенсивности светового потока, по которой можно определить частоту резонансного поглощения.

В наиболее точных тесламетрах в качестве первичных преобразователей используют ЯМР-преобразователи. Схема такого тесламетра, основанного на методе резонансного поглощения, приведена на 17.5, а. Первичный преобразователь (зонд) прибора представляет собой ампулу, наполненную водой, тяжелой водой или водным раствором хлористого лития (в зависимости от требуемого предела измерения). На ампулу намотана катушка индуктивности, входящая в контур высокочастотного генератора (ГВЧ) с регулируемой частотой. При измерении исследуемой индукции Вх регулированием частоты ГВЧ можно добиться резонанса — равенства частот высокочастотного поля и прецессии ядер рабочего вещества. При этом происходят поглощение энергии и уменьшение амплитуды генерируемых колебаний.

"•"Метод резонансного поглощения применяют для измерения индукции от 0,005 Тл и выше. Основными составляющими погрешности измерения индукции методом ЯМР являются погрешности определения гиромагнитного отношения, измерения частоты и погрешность фиксации резонанса. Эти составляющие незначительны. Частоту в диапазоне используемого ЯМР (0,2... 20 МГц) можно измерять с погрешностью 0,001 %. Погрешность фиксации резонанса становится практически заметной лишь при значительной неравномерности исследуемого поля. Современные тесламетры с ЯМР-преобразователями позволяют измерять магнитные индукции с погрешностью 0,005...0,1 %. По рассмотренной выше схеме выполнен ядерно-прецессионный тесламетр Ш1-1 для измерений индукции в пределах от 0,025 до 2,5 Тл с погрешностью 0,01...0,1 %.

Метод ядерного резонансного поглощения с внешним генератором высокой частоты ( 25-46). Ампула А с водой или минеральным маслом, в которых содержится большое количество ядер водорода, установлена в катушке L и помещена в постоянное магнитное поле NS так, что ось катушки перпендикулярна вектору магнитной индукции. Катушка L питается через большое сопротивление R от генератора высокой частоты, частоту которого можно регулировать в широких пределах. При совпадении частоты генератора с часто-

25-47. Структурная схема измерительной цепи ядерного резонансного поглощения с генератором слабых колебаний

Используя неполное включение, можно изменять уровень резонансного сопротивления, оставляя неизменными резонансную частоту и полосу пропускания. Неполное включение контура позволяет также снижать эффект влияния нагрузочного сопротивления на полосу пропускания.

12.19 (Р). Двухконтурный параметрический усилитель предназначен для работы на частоте /с=2ГГц. Холостая частота усилителя /Х0л = 0.5 ГГц. Использованный в усилителе варактор изменяет свою емкость (пФ) с частотой накачки юи по закону C(t) =2(1 +0.15 cos
Наличие хотя бы малых, но конечных потерь в линии ограничивает величину резонансного сопротивления. Действительно, на основании формулы (4.10) нормированное входное сопротивление отрезка короткозамкнутой линии с потерями выражается следующим образом:

т. е. он в конечном счете зависит от величины параллельно включенных сопротивлений стока полевого транзистора, резонансного сопротивления контура и приведенного сопротивления нагрузки. Естественно при наличии, кроме сопротивления потерь собственного контура, других параллельно включенных сопротивлений, добротность контура уменьшается — изменяется полоса пропускания контура и усилителя в целом. Эквивалентное сопротивление контура в окрестности резонансной частоты в этом случае может быть представлено выражением

резонансного сопротивления ленточной струны, колеблющейся в магнитном поле (см. § 25-5), от концентрации среды. Ток, необходимый для поддержания заданной амплитуды резонансных колебаний струны, содержит две составляющие: одна расходуется на компенсацию внутренних потерь энергии, другая — на преодоление

но использовать усилитель с подачей входного сигнала в основание фильтра, в котором функции разделительного конденсатора выполняет конденсатор самого фильтра. Однако такое включение возможно, если внутреннее сопротивление источника сигналов Rr меньше полного резонансного сопротивления и достаточно стабильно. В противном случае следует использовать согласующие каскады ( 4.23).

совпадающее со значением полосы пропускания для последовательного контура [см. (6.16)]. При увеличении сопротивления генератора эта полоса быстро возрастает. При равенстве внутреннего сопротивления генератора и резонансного сопротивления контура полоса пропускания увеличивается в /2 раз

В электронных схемах, где параллельный контур применяется в качестве нагрузки генератора, максимальная передача мощности осуществляется при равенстве сопротивления ге.не-ратора и резонансного сопротивления контура. Уменьшение резонансного сопротивления контура без изменения его параметров достигается при так называемом неполном включении контура ( 6.14). Резонансная частота и добротность контура при этом не изменяются, но резонансное сопротив-

При этом, как видно из эквивалентной схемы на 6.46,6, корректирующая индуктивность вместе с емкостью коллекторного-перехода и нагрузки образует колебательный контур. Если выбрать величину LKOP такой, 'чтобы резонансная частота контура находилась вблизи fB некорректироваиного усилителя, то. в области высоких частот вследствие высокого резонансного сопротивления контура будет происходить подъем усиления, компенсирующий

В этой схеме транзистор приближенно заменен генератором тока р/б с выходным сопротивлением г*, а колебательный контур дан в виде параллельного соединения элементов L, С и резонансного сопротивления RQ. Сопротивление ; нагрузки усилителя ^?н и выходное сопротивление транзистора #вых~Лк включены параллельно RQ, в результате чего эквивалентное резонансное сопротивление контура R3KB -снижается и становится равным

На основании анализа устойчивости амплитуд и 13.13,6 построена зависимость стационарной амплитуды U0 от резонансного сопротивления /?р ( 13.14). При увеличении Яр от нуля до I/So амплитуда колебаний равна нулю. Колебания при этом возникнуть не могут, так как при малых амплитудах крутизна по первой гармонике Si недостаточна для компенсации потерь в контуре. Колебания возникают при достижении ^р значения 1/S0.