Криотронные устройства
На основе работ, выполненных в институте, показана возможность применения сверхпроводящих переключателей - проволочных свинцово-оловянных криотронов для создания и отработки принципов построения вычислительных и управляющих устройств, а также устройств измерительной и преобразовательной техники. Пр...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81254 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Криотронные устройства / В.А. Рахубовский // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 104-106. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81254 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Рахубовский, В.А. 2015-05-13T19:04:36Z 2015-05-13T19:04:36Z 2004 Криотронные устройства / В.А. Рахубовский // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 104-106. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81254 621.374.328:537.312.62 На основе работ, выполненных в институте, показана возможность применения сверхпроводящих переключателей - проволочных свинцово-оловянных криотронов для создания и отработки принципов построения вычислительных и управляющих устройств, а также устройств измерительной и преобразовательной техники. Приведены примеры использования измерительных устройств в физических исследованиях при гелиевых температурах. На основі робіт, виконаних в інституті, показана можливість застосування надпровідних перемикачів - дротових свинцево-олов'яних кріотронів для створення і відпрацьовування принципів побудови обчислювальних і управляючих пристроїв, а також пристроїв вимірювальної і утворювальної техніки. Приведено приклади використання вимірювальних пристроїв у фізичних дослідженнях при гелієвих температурах. The results of the work done at the institute show that the superconductive switches - the wire lead - tin cryotrons can be used for developing and improving the principles of construction of computing devices and control units as wellas the devices of measuring and converting equipment. The examples of the use of measuring devices for carrying out physical investigations at helium temperatures have been given. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Криотронные устройства Кріотронні пристрої Gryotronic devices Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Криотронные устройства |
| spellingShingle |
Криотронные устройства Рахубовский, В.А. Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| title_short |
Криотронные устройства |
| title_full |
Криотронные устройства |
| title_fullStr |
Криотронные устройства |
| title_full_unstemmed |
Криотронные устройства |
| title_sort |
криотронные устройства |
| author |
Рахубовский, В.А. |
| author_facet |
Рахубовский, В.А. |
| topic |
Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| topic_facet |
Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| publishDate |
2004 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Кріотронні пристрої Gryotronic devices |
| description |
На основе работ, выполненных в институте, показана возможность применения сверхпроводящих
переключателей - проволочных свинцово-оловянных криотронов для создания и отработки принципов построения вычислительных и управляющих устройств, а также устройств измерительной и преобразовательной техники. Приведены примеры использования измерительных устройств в физических исследованиях
при гелиевых температурах.
На основі робіт, виконаних в інституті, показана можливість застосування надпровідних перемикачів -
дротових свинцево-олов'яних кріотронів для створення і відпрацьовування принципів побудови
обчислювальних і управляючих пристроїв, а також пристроїв вимірювальної і утворювальної техніки.
Приведено приклади використання вимірювальних пристроїв у фізичних дослідженнях при гелієвих
температурах.
The results of the work done at the institute show that the superconductive switches - the wire lead - tin cryotrons can be used for developing and improving the principles of construction of computing devices and control
units as wellas the devices of measuring and converting equipment. The examples of the use of measuring devices
for carrying out physical investigations at helium temperatures have been given.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81254 |
| citation_txt |
Криотронные устройства / В.А. Рахубовский // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 104-106. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT rahubovskiiva kriotronnyeustroistva AT rahubovskiiva kríotronnípristroí AT rahubovskiiva gryotronicdevices |
| first_indexed |
2025-11-25T14:08:06Z |
| last_indexed |
2025-11-25T14:08:06Z |
| _version_ |
1850516551251263488 |
| fulltext |
УДК 621.374.328:537.312.62
КРИОТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
В.А.Рахубовский
Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт"
61108, Харьков , ул. Академическая, 1, Украина; тел.0572-40-44-48
На основе работ, выполненных в институте, показана возможность применения сверхпроводящих
переключателей - проволочных свинцово-оловянных криотронов для создания и отработки принципов по-
строения вычислительных и управляющих устройств, а также устройств измерительной и преобразователь-
ной техники. Приведены примеры использования измерительных устройств в физических исследованиях
при гелиевых температурах.
ВВЕДЕНИЕ
В 1954 г. Д.А.Бак изобрел сверхпроводящий
переключатель - проволочный ниобиево-танталовый
криотрон [1], предназначавшийся для построения
вычислительных устройств. Позднее, в 1956 году,
Я.С.Кан разработал проволочный свинцово-оловян-
ный криотрон [2]1. Преимуществами этого криотро-
на, перед предложенным в [1], являлись: лёгкость
массового производства; дешевизна используемых
при изготовлении материалов; стабильность во вре-
мени параметров; удобство сборки из них опытных
образцов элементов и узлов. Это позволило по-
строить и экспериментально исследовать в работе
целый ряд вычислительных, измерительных и ком-
мутационных устройств на криотронах [3].
КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ,
ПАРАМЕТРЫ КРИОТРОНА
Конструктивно криотрон представляет собой от-
резок оловянной проволоки - вентиль диаметром
2·10-4 м, длиной 7·10-3 м, на который навита управ-
ляющая обмотка длиной 5·10-3 мм из изолированной
свинцовой проволоки диаметром 10-4 м, содержащая
40 витков. Криотроны соединяются между собой
пайкой. В качестве припоя используются ПОС-61 и
сплав Вуда. Если такой элемент охлаждён до темпе-
ратуры на 0,05…0,1К ниже Тк для вентиля, то сопро-
тивление последнего будет равно нулю до тех пор,
пока он не окажется в магнитном поле (создаваемом
током в вентиле и управляющей обмотке) больше,
чем Нк для данной температуры. Тогда его сопро-
тивление скачком возрастает до некоторого конеч-
ного значения (рисунок, кривая 1). При снятии этого
поля вентиль вновь возвратится в сверхпроводящее
состояние. Таким образом, криотрон является сверх-
проводящим переключателем по принципу дей-
ствия, подобному электромагнитному реле с нор-
мально-замкнутым контактом.
Основными параметрами криотрона являются:
HR - сопротивление вентиля криотрона в резистив-
ном состоянии; α - статический коэффициент уси-
ления по току; L - индуктивность управляющей об-
1 Такой проволочный криотрон будем называть в
дальнейшем криотрон.
мотки; τ - постоянная времени одиночного крио-
тронного контура. Для наших криотронов:
410−=HR Ом; 4...3=α ; 710−=L Гн, 310−=τ с. Для
случая, когда вентиль криотрона изготавливался из
сплава SbSn %1+ имеем: 3102 −⋅=HR Ом;
5105 −⋅=τ с. При рабочей температуре 3,6 К управ-
ляющий и питающий токи лежат в диапазоне 0,15…
0,5 А.
Зависимость сопротивления вентиля криотрона от
тока в управляющей обмотке при Т=3,6 К,
410−=HR Ом и значениях тока через вентиль:
1 – 0,6; 2 – 0,35 А
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Являясь активным элементом, криотрон оказался
пригодным для построения широкого класса эле-
ментов: логических, запоминающих, усилительных.
Был разработан полный набор элементов и схем,
необходимых для создания криотронных вычисли-
тельных устройств [2-4]. На их базе впервые в быв-
шем Союзе были построены и экспериментально ис-
следованы в работе макеты вычислительных
устройств: ЦВМ с программным управлением [5];
кодово-матричного множительного устройства [3];
вычислительной среды [6]; управляющего устрой-
ства [7].
Результаты исследований показали практиче-
скую пригодность криотронов для целей макетиро-
вания устройств, работающих по разным принципам
организации вычислительных процессов; надеж-
ность их работы в сложной схеме; помехоустойчи-
вость; сохранение работоспособности в широком
диапазоне изменения %)20(± питающих и управляю-
щих токов.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (14), с. 104-106.
104
УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ МАГНИТО-
УПРАВЛЯЕМЫХ КОНТАКТОВ СО
СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ОБМОТКОЙ ВОЗ-
БУЖДЕНИЯ
При исследовании и использовании криотрон-
ных устройств возникает проблема сочления их с
внешними устройствами, работающими при комнат-
ной температуре. Так как сопротивление вентиля
криотрона в резистивном состоянии мало
(10-3…10-4 Ом), то коммутировать токи он может
только в низкоомной или сверхпроводящей цепи.
Кроме того, возникающая при этом на вентиле раз-
ность потенциалов составляет 10-5 В и её трудно счи-
тывать обычными электронными устройствами. Од-
ним из путей решения этой проблемы является ис-
пользование для этой цели магнитоуправляемых
контактов (МУК) со сверхпроводящей обмоткой
возбуждения, подключаемой параллельно вентилю
выходного криотрона. Ниже приводятся разработан-
ные и исследованные в работе устройства на базе
МУК: устройство для коммутации токов (УКТ);
реле времени (РВ); генератор импульсов (ГИ). УКТ
[3] предназначено для коммутации тока 0,5 А при
напряжении 30 В в цепях, находящихся при гелие-
вых температурах. Оно обладает временем срабаты-
вания 0,01…0,1 с и выдерживает до 107 переключе-
ний. Используется для вывода сигналов из сверх-
проводящих цепей и управления электромеханиче-
скими исполнительными устройствами, находящи-
мися вне криостата. РВ [8] имеет диапазон выдер-
жек времени (10…22)·103 с при нестабильности вы-
держек 1%; используется в устройствах автоматиче-
ского управления и контроля, содержащих сверх-
проводящие элементы. ГИ [9] формирует близкие к
прямоугольным импульсы тока на нагрузке с индук-
тивностью 5·10-4 Гн и активным сопротивлением
1 Ом в диапазоне частот 0,1…1,2 Гц. Он использует-
ся в качестве источника управляющих импульсов
при исследовании криотронных устройств.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Наличие линейной части на характеристике
)(IyR (см. рисунок, кривая 2) и значительная кру-
тизна этой характеристики А
Ом
Iy
R
Ib
3103)( −⋅=∂
∂
позволяют построить на базе криотронов измери-
тельные и усилительные устройства, работающие в
жидком гелии: криотронный генератор релаксаци-
онных колебаний (КГРК); мостовой криотронный
усилитель (МКУ); низкоомный магазин сопротивле-
ний (НМС); устройство для измерения индуктивно-
сти сверхпроводящих контуров на постоянном токе
(УИИПТ).
КГРК [3,10,19] предназначен для использования
в качестве термометра в интервале температур 3,7…
2,3 К с чувствительностью 2·104…1·103Гц/К; сверх-
проводящего амперметра с чувствительностью 104
Гц/А; преобразователя малых постоянных напряже-
ний. 10-5 В в переменные (10-2 В); индикатора слабых
(0,01 Э) магнитных полей с чувствительностью 10-
3 Э; индикатора уровня жидкого гелия в криостате с
чувствительностью 3105 −⋅ м; сверхпроводящего
нуль-индикатора.
МКУ [3] предназначен для усиления малых по-
стоянных токов (10-5А) в цепях с малыми сопротив-
лениями 10-6-10-8 Ом. Коэффициент усиления по
току 7. Чувствительность по напряжению 10-11В.
При индуктивности входа 10-7Гн время срабатыва-
ния 10 с.
НМС [11] предназначен для расширения диапа-
зона измерения сопротивлений от 10-7до 10-10 Ом в
цепях, находящихся в жидком гелии.
УИИПТ [8] предназначено для измерения на по-
стоянном токе сверхпроводящих индуктивностей
10-6…10-7 ГН с погрешностью 5%.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИОТРОННЫХ ИЗ-
МЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
ПРИ ГЕЛИЕВЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Так как криотронные измерительные устройства
располагаются в той же низкотемпературной среде,
что и исследуемый объект (образец, схема), это дает
возможность провести физические исследования,
осуществить которые другими средствами, подчас,
крайне трудно. КГРК, МКУ, НМС, УИИПТ были
использованы в ряде физических экспериментов при
гелиевых температурах, в частности, для исследова-
ния распределения температуры в столбе кипящего
гелия [12]; исследования процессов теплопередачи в
отверждённых газах [13]; для прецизионных измере-
ний величины электросопротивления границ зёрен
[14]; измерения периода структуры промежуточного
состояния, создаваемого в сверхпроводнике проте-
кающим током [15]; измерения порогового тока па-
рамагнитного эффекта в сверхпроводниках [16].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проволочные криотроны инициировали, в своё
время разработку криотронов других типов: плёноч-
ных, туннельных, сильноточных. Диапазон их прак-
тического применения достаточно велик - от эле-
ментов вычислительной техники до мощных комму-
таторов в устройствах преобразовательной техники
[17,18]. Успехи высокотемпературной сверхпрово-
димости открывают новые возможности для разра-
ботки и совершенствования сверхпроводящих
устройств, использующих криотронные элементы.
ЛИТЕРАТУРА
1. D.A.Buck. The cryotron-A superconductive com-
putеr component // I.R.E. 1956, v.44, N 4, p. 482-
493.
2. Я.С.Кан, Е.Г.Крутько, В.А.Рахубовский. Эле-
менты и схемы ЦВМ на криотронах // Магнит-
ные элементы. Киев: «Наукова думка», 1964, с.
463-476.
105
3. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский. Использование про-
волочных криотронов в вычислительных и изме-
рительных устройствах: Препринт, Харьков,
ХФТИ 74-29. 1974, 22 с.
4. В.А.Рахубовский. Об одном варианте криотрон-
ных логических и триггерных элементов с би-
нарным кодированием информации //Вопросы
атомной науки и техники. Серия: Общая и
ядерная физика", 1980, в. 3(13), с. 78-83.
5. Я.С.Кан, Г.А.Михайлов, В.А.Рахубовский. Ма-
кет ЦВМ на криотронах с программным управ-
лением //Механизация и автоматизация управ-
ления. Киев, 1966, № 3, с. 19-23.
6. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский, В.К.Бабайлов. Об
одном варианте макета вычислительной среды
на криотронах // Вычислительные системы, Но-
восибирск: «Наука», 1971, в. 41, с. 133-143.
7. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский. Макет управляюще-
го устройства на проволочных криотронах
//Управляющие системы и машины, Киев: «Нау-
кова думка», 1974, № 3, с. 64-66.
8. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский, В.А.Фролов. Неко-
торые новые устройства из проволочных крио-
тронов //Труды конференции по техническому
использованию сверхпроводимости. М.: Атомиз-
дат, 1977, т. 5, с. 102-106.
9. В.А.Рахубовский. Генератор импульсов //
ПТЭ. 1977, № 3, с. 108-109.
10. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский. Об одной возможно-
сти расширения температурного диапазона ра-
боты КГРК-термометра //Вопросы атомной
науки и техники. Серия: «Общая и ядерная фи-
зика». 1980, в.3(13), с. 84-85.
11. Я.С.Кан, Д.Г.Татишвили. Низкоомный низко-
температурный магазин сопротивлений // ПТЭ.
1972, № 5, с. 230.
12. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский. Криотронный гене-
ратор релаксационных колебаний в качестве
термометра // ПТЭ. 1966, № 3, с. 228-229.
13. Я.С.Кан, В.А.Рахубовский. Исследование рабо-
ты криотронного генератора релаксационных
колебаний в твердых азоте, аргоне и водороде //
Электронная техника. Серия 1: Электроника
СВЧ. 1975, в.3, с. 109.
14. Б.Н.Александров, Я.С.Кан, Д.Г.Татишвили.
Влияние границ между кристаллическими зёр-
нами на остаточное сопротивление олова, ка-
дмия, цинка и индия // Физика металлов и ме-
талловедение. 1974, т. 37, в.6, с. 1150-1158.
15. .Я.С.Кан, В.А.Фролов. О структуре промежу-
точного состояния, создаваемого постоянным
током //Вопросы атомной науки и техники. Се-
рия: «Фундаментальная и прикладная сверхпро-
водимость». 1974, в.1(2), с. 3-7.
16. В.А.Фролов, Я.С.Кан. О пороговом токе пара
магнитного эффекта в сверхпроводниках. // Фи-
зика низких температур. 1979, т. 5, № 5, с.455-
460.
17. В.Е.Тонкаль, .В.Новосельцев, Ю.В.Скобарихин,
С.В.Непогодьев. Введение в теорию статиче-
ских сверхпроводниковых преобразователей.
Киев: «Наукова думка», 1990, 180 с.
18. H.M.Kim, J.S.Joon, M.C.Ahn, T.K.Ko, S.G.Lee
and T.S.Han. Design, fabrication and testing of a
High-Tc Superconducting power Supply with Bi-
2223 load // IEEE Transactions on Applied Super-
conductivity. March 2002, v. 12, N 1, Itase 9, p.
837-842.
19. В.А.Рахубовский. О некоторых характеристиках
криотронного генератора релаксационных коле-
баний с управляемой частотой //Вопросы атом-
ной науки и техники. Серия: «Вакуум, чистые
материалы, сверхпроводники» (13). 2003, № 5,
с.90-91.
КРІОТРОННІ ПРИСТРОЇ
В.А.Рахубовський
На основі робіт, виконаних в інституті, показана можливість застосування надпровідних перемикачів -
дротових свинцево-олов'яних кріотронів для створення і відпрацьовування принципів побудови
обчислювальних і управляючих пристроїв, а також пристроїв вимірювальної і утворювальної техніки.
Приведено приклади використання вимірювальних пристроїв у фізичних дослідженнях при гелієвих
температурах.
GRYOTRONIC DEVICES
V.A.Rakhubovsкij
The results of the work done at the institute show that the superconductive switches - the wire lead - tin cry-
otrons can be used for developing and improving the principles of construction of computing devices and control
units as wellas the devices of measuring and converting equipment. The examples of the use of measuring devices
for carrying out physical investigations at helium temperatures have been given.
106
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
GRYOTRONIC DEVICES
|