Д. Г.МИХАЙЛИН
Научный руководитель – А. А.КРАСНЮК, к. т.н., доцент
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КВАНТОВАНИЯ СИГНАЛА НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДОВ ДЖОЗЕФСОНА
В статье представляются результаты моделирования устройства для квантования аналогового сигнала, построенного на переходах Джозефсона в САПР OrCAD.
Устройство, рассмотренное в статье, предназначено для преобразования аналогового сигнала (тока) в квантованный по уровню сигнал (ток). Данная схема может быть использована в основе сверхпроводниковых аналого-цифровых преобразователей сигналов. Квантователь основан на сверхпроводящих переходах Джозефсона. Принципиальная схема показана на рис.1
рис.1. Принципиальная схема квантователя.
Квантователь состоит из трех каскадов. Первый каскад содержит один сверхпроводящий переход, каждый последующий каскад содержит переходов в 2 раза больше предыдущего, соответственно в 3-м каскаде таких переходов уже 4. В данном случае использовалась модель перехода Джозефсона, описанная в [1]. Принцип работы устройства следующий. Каждый каскад через резистор сопротивлением 1 Ом соединен с общим источником управляющего тока. То есть в рабочем состоянии управляющий ток делится между каскадами поровну. Все переходы в схеме имеют одинаковый критический ток. При малом управляющем токе (до 4 мА) все переходы в схеме находятся в сверхпроводящем состоянии. Когда ток в переходе первого каскада достигнет критического значения, у перехода появится омическое сопротивление. Ток в каждом из переходов второго каскада будет в два раза меньше, а в переходах третьего каскада в четыре раза меньше. В этот момент первый каскад «запирается» и продолжают работать второй и третий каскады, обеспечивая на выходе схемы чуть меньший ток, за счет запертого первого каскада, а так как выключаются каскады при определенных значениях управляющего тока, на выходе будет формироваться ступенчатый сигнал. При дальнейшем увеличении управляющего тока, отключится второй каскад, а затем и третий, и выходной ток станет близким к нулю. Результаты моделирования схемы представлены в виде графиков. На рис.2 показана зависимость выходного тока от управляющего тока, полученная путем параметрического анализа PSpice.
рис.2 Зависимость выходного тока от управляющего тока.
Расстояние между ступеньками напрямую зависит от номиналов резисторов, соединяющих каскады с источником управляющего тока. При уменьшении резистора каждого следующего каскада на определенное фиксированное значение расстояние между ступеньками будет уменьшаться, причем на амплитуде ступеней это никак не скажется.
Был проведен временной анализ с использованием импульсного источника управляющего тока. На рис.3,4 представлены соответственно временные зависимости управляющего и выходного токов.
рис.3 Временная зависимость управляющего тока.
На рис.4 ступеньки менее резкие и четкие в сравнении с зависимостью, представленной на рис.2, что обусловлено малыми временами моделирования и действием паразитных емкостей.
Приведенные результаты показывают возможность использования данной схемы в качестве основы при разработке более сложных устройств, таких как сверхпроводниковые аналого-цифровые преобразователи.
рис.4 Временная зависимость выходного тока.
Список литературы
1. Михайлин сверхпроводящего перехода Джозефсона в САПР OrCAD 9.2 // Научная сессия МИФИ–2004. Сборник научных трудов. Т.15.-М.:МИФИ, 2004. – С. 56-58.
