В квантовых и протонно-прецессионных преобразователях ис­пользуются в основном элементы и устройства, разработанные при­менительно к задачам магнитометрической техники. Наиболее ответственными узлами преобразователей, созданных на основе маг­нитометров, являются магнитные системы, обеспечивающие преоб­разование контролируемых величин в напряженность магнитного поля и во многом определяющие метрологические характеристики ядерных преобразователей. Поэтому вопросу обоснования требова­ний к магнитным системам и выбору их типа следует уделять осо­бое внимание как при рассмотрении возможностей применения ядер­ных преобразователей, так и при их практической разработке по техническим условиям.

Весьма важное значение в рассматриваемых типах преобразова­телей приобретают устройства контроля частоты, устройства стаби­лизации режима работы, а также усилители сигналов прецессии, необходимость применения которых вызвана низким уровнем этк сигналов.

В зависимости от типа преобразователя меняются требования к усилителям сигнала прецессии. При этом в протонно-прсцессион - пых преобразователях основное. внимание уделяется следующим па­раметрам усилителей:

1) входному сопротивлению (не менее 30—50 ком)

2) времени установления сигнала (не более нескольких десятков периодов сигнала прецессии);

3) полосе пропускания, которая определяется в основном де­виацией частоты при изменении контролируемых параметров;

4) коэффициенту усиления (порядка 105).

Усилители с малым входным сопротивлением плохо согласу­ются с высоким эквивалентным сопротивлением датчиков преобра­зователей, обычно настраиваемых в резонанс. В этом случае воз­можен также эффект «затягивания» частоты прецессии ядерных мо­ментов рабочего вещества датчика из-за сильного взаимодействия спинов с электромагнитным полем обмотки во время съема сигна­ла [Л. 47].

Инерционные усилители с постоянной времени, соизмеримой с длительностью существования сигналов, оказываются неприемле­мыми. Снижение полосы пропускания усилителя позволяет увели­чить отношение сигнал/шум. При проектировании малошумящих усилителей низкой частоты особое внимание уделяется режиму ра­боты транзисторов первых каскадов и их шумовым свойствам. В целях снижения уровня внешних помех входные цепи усилителей - экранируются. Разработка полупроводниковых усилителей, обеспе­чивающих измерение магнитных полей с точностью 2 • 10—5 в сраз*

ннтельно короткое время (примерно 1 —1,5 лсек), явилась достаточ­но сложным этапом магнитометрической техники (Л. 44, 47].

На рис. 4-1 показана принципиальная электрическая схема уси­лителя протонно-прецессионного преобразователя, построенного на основе полупроводникового усилителя магнитометра типа М-20 [8]. В этой схеме на триодах 7—Г8 построен усилитель сигнала пре­цессии, частотная характеристика которого определяется в основ­ном параметрами элементов резонансного контура L1C7. В усилите­ле предусмотрены элементы отрицательной обратной связи (R4, R8,

Rи, Rіз, Rїв, R25 и др.) для стабилизации режима работы, по по­стоянному току, стабилизации коэффициента усиления и повышения входного сопротивления каскадов. Напряжение питания первых каскадов на транзисторах Tit Г2 уменьшено с целью понижения уровня шумов. Каскад на триодах Т4 и Г5 представляет собой по­лупроводниковый фильтр. На триоде Г9 выполнен стабилизатор на­пряжения питания усилителя. Каскады на транзисторах Г10—Ти предназн&ены для согласования усилителя с светолучевым осцил­лографом типа МПО-2 [9].

На рис. 4-2 показана принципиальная электрическая схема по­лупроводникового предусилителя, предназначенного для работы в парах жидкого азота в конструкциях преобразователей на сжи­женных газах. Предусилитель выполнен на транзисторах TiT2 дрей­фового типа по схеме с непосредственной связью. В транзисторах сплавного типа с более резко выраженными р-/г-переходами наблю­далась полная потеря коэффициента усиления. Усилитель имеет встроенный коммутатор на реле Рі, который обеспечивает периоди­ческое переключение обмотки, датчика и смсну режима поляризации

(при подаче команды на обмотку реле Р) на режим усиления сиг­нала прецессии.

Усилители квантовых преобразователей в отличие от рассмот­ренных выше устройств, для повышения стабильности частоты,

200 лк) коэффициент усиления в цепи обратной связи самогенери - рующего квантового датчика должен быть на уровне 1 ООО—1 500. В качестве фотодиодов могут быть использованы кремниевые детек­торы с инерционностью не более 2 • 10“6 сек.

Полоса пропускания усилителя на уровне 0,9 составляет 50— 1 000 кгц. Усилитель обычно имеет АРУ для стабилизации уровня выходного сигнала. В квантовых преобразователях с практически отсутствующей ориентационной зависимостью АРУ следует заменить глубокими отрицательными связями, так как это позволяет добить­ся большей стабильности фазовой характеристики усилителя. В пре­образователях может быть также сужена и полоса пропускания до 150—300 кгц и менее.

Входное сопротивление усилителей составляет несколько тысяч ом, выходное — сотни ом. Приведенные ко входу шумы соответст­венно 2—3 мкв.

На ркс. 4-3 изображена принципиальная электрическая схема усилителя квантового цезиевого магнитометра [10]. На транзисторах Ті—Ть типа П503А выполнен усилитель цепи обратной связи. Вто­рой и четвертый каскады имеют частотную коррекцию усиления в диапазоне частот от 100 кгц и ниже. Требуемый фазовый сдвиг выходного сигнала на 90° обеспечивается за счет естественных фа­зовых сдвигов в каждом из усилительных каскадов на транзисторах 71?—Ть. На транзисторах Г6 и 7 построен оконечный усилитель. Выходное сопротивление 1,5—5 ком, напряжение на выходе около 0,5 в с - частотой 175 кгц (в поле 50 000 гамм).

усилителя для квантового преобразователя.

На транзисторах Tq и Г9 образована схема АРУ, управляющая напряжением на коллекторе транзистора второго каскада усиления.

Сигнал резонансной частоты с выхода фогодетектора датчика поступает на первый каскад усилителя, выполненный по схеме эмит - терного повторителя. Кремниевый стабилизатор Дг обеспечивает постоянное смещение фотодетектора, нагрузкой которого одновре­менно с входным сопротивлением первого каскада усилителя яв­ляется резистор Re. Подбор сопротивления резистора обеспечи­вает частичную коррекцию фазовой характеристики детектора. JTIpи использовании камер поглощения с временем релаксации Ті — 0,5 сек и интегральном световом потоке порядка 10lf) ф/сек и при величине нагрузки фотодетектора R& = 4,7—6,8 ком амплитуда сигнала изме-

няется от 3—4 мв на низких частотах до 0,6—0,8 мв — на высоких. Неравномерность амплитуды сигнала по диапазону частот, а также изменение амплитуды сигнала с поворотом датчика относительно

направления магнитного поля Н0 сглаживается системой АРУ.

Последующие два каскада усилителя (триоды Т2, Т3 и Г4, Г5) охвачены глубокой отрицательной обратной связью (Rn и Rie) и содержат элементы фазочастотной коррекции (RsC5 и /?і3С9). Кол­лекторное питание второго каскада осуществляется от системы АРУ, которая содержит вьипрямитель (диоды Дх и Д3) и усилитель по­стоянного тока на триодах Г8 и 7V Выходной сигнал третьего ка­скада усилителя на триоде Ть подается на радиочастотную катушку датчика, в цепь его обратной связи.

Таким образом, в цепь обратной связи входят лишь три первых каскада усилителя, что, естественно, повышает стабильность фазо­вой характеристики этой цепи и облеічает'єе коррекцию при на­стройке прибора. Последующие каскады усилителя (триоды Г6 и Г7) обеспечивают дополнительное усиление сигиала, необходимое для нормальной работы АРУ и последующих выходных схем.

Для уменьшения влияния низкочастотного шума фотоприемиика и входного каскада на выходе усилителя установлен фильтр (эле­менты ІдРСі5), частота среза которого определяется нижней гра­ницей рабочего диапазона прибора и составляет 50 кгц.

Напряжение питания усилителя 10 в. Внешний вид усилителя изображен на рис. 4-4. Усилитель с соленоидом в цепи обратной связи и с фотодиодом соединяется с помощью экранированного вы­сокочастотного кабеля.