Генератор шума
Использование: радиотехника, источники шумовых напряжений и токов. Сущность изобретения: генератор шума содержит транзистор 1, первую катушку индуктивности 5, нелинейный элемент 6, который выполнен в виде p - n-перехода полупроводникового диода или дополнительного транзистора. Для уменьшения неравномерности энергетического генерируемого шума хаотически изменяются длительность импульсов на нелинейном элементе 6, а также паузы между этими импульсами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника шумовых напряжений и токов.
Известны генераторы шума, в которых его создание обусловлено явлениями самопроизвольного динамического хаоса (Дмитриев А.С., Кислов В.Я. Стохастические колебания в радиофизике и электронике. - М.: Наука, 1989). Одной из разновидностей таких генераторов является выбранный в качестве прототипа транзисторный генератор хаотических колебаний, обусловленных инжекционной нелинейностью транзистора, содержащий транзистор, катушку индуктивности, которая включена между базой транзистора и общей шиной, конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине, источник тока, который подключен параллельно конденсатору, нелинейный элемент, первый вывод которого соединен с коллектором транзистора, а второй вывод нелинейного элемента подключен к шине питания источника питания. Недостатком такого генератора является существенная неравномерность энергетического спектра колебаний. Целью изобретения является уменьшение неравномерности энергетического спектра генерируемого шума. На фиг. 1-3 представлены электрические схемы предлагаемого генератора шума; на фиг.1 - генератор шума с импульсами выходного напряжения отрицательной полярности; на фиг.2 - генератор шума с биполярным выходным напряжением; на фиг.3 - генератор шума с повышенной мощностью выходного сигнала. На фиг. 4 изображен график энергетического спектра шума предлагаемого генератора. Устройство (фиг.1) содержит транзистор 1, первую индуктивную катушку 2, конденсатор 3, источник тока 4, вторую индуктивную катушку 5, полупроводниковый нелинейный элемент 6, выполненный в виде диода с р-n-переходом, шину 7 подключения источника напряжения для коллекторного питания, общую шину 8, выходную клемму 9. Предлагаемый генератор подразделяется на две функциональные части: 1) автостохастический генератор, который включает транзистор 1, первую индуктивную катушку 2, конденсатор 3, источник тока 4, а также источник напряжения для коллекторного питания, который подключается между клеммой 7 и общей шиной 8; 2) стохастический преобразователь, который включает вторую индуктивную катушку 5 и диод 6, образующие нелинейный диссипативный колебательный контур (осциллятор). Генератор работает следующим образом. При включении питания в автостохастическом генераторе вследствие наличия отрицательной активной составляющей входной проводимости между базой первого транзистора 1 и общей шиной 8 возбуждаются квазигармонические стартовые колебания с частотой o= , (1) где h21э - статический коэффициент передачи базового тока в схеме с общим эмиттером первого транзистора 1, L1 - индуктивность первой индуктивной катушки 2, C - емкость конденсатора 3. По мере нарастания амплитуды колебаний первый транзистор 1 начинает работать в режиме с отсечкой, и квазигармонические колебания протекающих через электроды токов сменяются колебаниями с автоограничением, в течение интервалов которого изменения токов и напряжений в индуктивной катушке 2 и на конденсаторе 3 происходят независимо. Инжекционная нелинейность коллекторного и базового токов первого транзистора 1 в течение активных этапов его работы совместно с упомянутой независимостью изменения электрических величин в течение интервалов отсечки приводят к тому, что при выборе параметров элементов 1, 2, 3, 4 в соответствии с соотношениями, приведенными в описании прототипа, колебания токов и напряжений транзистора 1 являются автостохастическими. Изменения коллекторного тока транзистора 1 представляют собой хаотическую импульсную последовательность (ХИП) со случайным изменением амплитуды, длительности и интервалов следования между импульсами; энергетический спектр колебаний коллекторного тока имеет неравномерность около 5 дБ, локализован в диапазоне частот, шириной около октавы с верхней граничной частотой, близкой к o. В стохастическом преобразователе импульсы коллекторного тока и транзистора 1, протекая в направлении, противоположном направлению прямого прохождения тока диода 6, вызывают запирание диода и заряд его барьерной емкости Спер. Последующий разряд этой емкости через индуктивную катушку 5 завершается отпиранием диода 6 и протеканием в контуре осциллятора тока прямого смещения диода, в течение которого напряжение на индуктивной катушке равно напряжению прямого смещения диода Uпр и близко к постоянной величине. Действие этого напряжения на индуктивную катушку 5 приводит к тому, что ток в ней убывает по величине, а затем изменяет направление, вызывая совместно с коллекторным током транзистора 1 запирание диода 6. Вследствие малой величины напряжения Uпр по сравнению с пиковым значением напряжения на диоде, до которого заряжается его барьерная емкость при обратном смещении, напряжение между полюсами осциллятора имеет импульсную форму с длительностью импульсов tи , (2) где L2 - индуктивность второй индуктивной катушки 5, Спер - барьерная емкость диода 6. Накопление избыточных зарядов в базе прямосмещенного диода 6, необходимость их экстракции при запирании диода, а также нелинейность его барьерной емкости Спер, которая проявляется при запертом состоянии, приводят к тому, что колебания осциллятора являются хаотическими с изменяющейся амплитудой, длительностью и паузой между импульсами. Достижение цели изобретения обеспечивается благодаря тому, что равномерность энергетического спектра выходного шумового сигнала генератора определяется совместно стохастическими свойствами автоколебательной и осцилляторной частей. Хаотичность колебаний автостохастического генератора дополняется статически от них независимым хаотическим преобразованием в осцилляторной части (ХИП, создаваемая автоколебательной частью, перемешивается осцилляторной частью). По сравнению со спектром автоколебательной части ширина спектра выходных колебаний генератора возрастает не менее, чем на порядок. Расширение спектра в область низких частот обусловлено тем, что хаотически изменяемая пауза между импульсами ХИП осциллятора может превышать паузу между импульсами ХИП коллекторного тока транзистора 1 более, чем в три раза, а расширение в область высоких частот тем, что импульсы напряжения на диоде 6 имеют длительность, меньшую длительности импульсов коллекторного тока транзистора 1 в 2...3 раза. Хаотическое изменение длительности импульсов на диоде является одним из факторов, обеспечивающих достижение цели изобретения. Для обеспечения биполярности генерируемого шумового сигнала в стохастический преобразователь генератора шума введен второй нелинейный диссипативный контур (осциллятор), содержащий третью индуктивную катушку 10 и второй полупроводниковый диод с р-n-переходом 11, причем первый и второй диоды включены встречно (фиг.2). Вследствие эквивалентности транзистора 1 по своим нагрузочным свойствам источнику тока колебания в первом и втором осцилляторах происходят независимо, и работа первого осциллятора, содержащего индуктивную катушку 5 и диод 6, не отличается от рассмотренного выше (фиг. 1). Работа введенного второго осциллятора сводится к следующему. Коллекторный ток транзистора 1, протекая в прямом направлении через диод 11, создает между его электродами напряжение Uпр, которое вызывает в индуктивной катушке 10 ток, смещающий диод 11 в обратном направлении в течение интервалов пребывания транзистора 1 в режиме отсечки. Заряд барьерной емкости диода 11 и последующей разряд ее через индуктивную катушку 10 приводят к возникновению между полюсами второго осциллятора хаотической последовательности импульсов, положительной относительно общей шины 8 полярности. Обеспечение биполярности генерируемого шумового сигнала достигается благодаря сложению напряжений, существующих между полюсами первого и второго осцилляторов; при этом статистическая независимость хаотических процессов в осцилляторах увеличивает основной эффект стохастического преобразования - уменьшает неравномерность энергетического спектра генерируемого шума. В генераторе шума с повышенной мощностью выходного сигнала (фиг.3) в качестве полупроводникового нелинейного элемента осциллятора применен эмиттерный р-n-переход транзистора 6, эмиттер и база которого выполняют функции, эквивалентные эмиттеру и базе диода 6 на фиг.1. Вследствие комплементарности транзисторов 6 и 1 по типу проводимости, коллекторный переход транзистора 6 смещен в обратном направлении, что обеспечивает усилительный режим его работы при протекании базового тока. Хаотическое колебания базового тока транзистора 6, обусловленные взаимодействием его эмиттерного р-n-перехода и индуктивной катушки 5, приводят к хаотическим колебания коллекторного тока, которые вследствие усилительных свойств транзистора 6 превышают изменения базового тока соответственно значению коэффициента передачи базового тока в схеме с общим эмиттером h21э. Нагрузка генератора, включаемая между клеммами 8, 9, отделена от осциллятора обратносмещенным коллекторным переходом транзистора 6 и не влияет на процессы в осцилляторе. Повышение мощности выходного шумового сигнала достигается благодаря одновременному использованию диодных и усилительных свойств транзистора 6. Для иллюстрации ширины и равномерности энергетического спектра предлагаемого генератора на фиг.4 представлена спектрограмма выходного сигнала схемы фиг. 1, соответствующая применению в качестве ее полупроводниковых элементов транзистора КТ3102Д и варактора КТ102А (масштаб по оси ординат - линейный).Формула изобретения
1. ГЕНЕРАТОР ШУМА, содержащий транзистор, первую катушку индуктивности, которая включена между базой транзистора и общей шиной, конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине, источник тока, подключенный параллельно конденсатору, нелинейный элемент, первый вывод которого соединен с коллектором транзистора, а второй вывод подключен к шине питания источника питания, отличающийся тем, что, с целью уменьшения неравномерности энергетического спектра генерируемого шума, в него введена вторая катушка индуктивности, которая подключена параллельно нелинейному элементу, второй вывод конденсатора подключен к эмиттеру транзистора, а нелинейный элемент выполнен в виде p - n-перехода. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения биполярности выходных сигналов, второй вывод нелинейного элемента подключен к шине питания источника питания через введенный дополнительный нелинейный элемент, параллельно которому подключена введенная третья катушка индуктивности, при этом нелинейный элемент и дополнительный нелинейный элемент выполнены в виде p - n-переходов полупроводниковых диодов, которые включены встречно. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности выходных сигналов, нелинейный элемент выполнен в виде p - n-перехода дополнительного транзистора, тип проводимости которого противоположен типу проводимости транзистора, при этом база дополнительного транзистора соединена с коллектором транзистора, эмиттер подключен к шине питания источника питания, а коллектор через нагрузочный резистор - к общей шине.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Похожие патенты:
Имитатор шумоподобных сигналов // 2022448
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для настройки, контроля и исследования помехоустойчивости приемных систем связи и навигации с шумоподобными сигналами
Генератор шумовых сигналов // 1806439
Автогенератор шумовых сигналов // 1805543
Регулируемый генератор шума // 1800578
Изобретение относится к радиофизике и радиотехнике и может быть использовано в лабораторной технике как имитатор пуассоновского потока импульсов (например, при испытании устройств регистрации оптических сигналов в режиме счета фотонов) и в радиолокации как источник импульсов для калибровки радиотехнических систем обнаружения
Формирователь случайных сигналов // 1732419
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в синтезаторах вибрационных колебаний
Формирователь случайных сигналов // 1714785
Импульсный шумовой генератор // 1695489
Транзисторный генератор шума // 1693712
Векторный генератор // 2100842
Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к обработке или формированию изображения, в частности предлагаемый векторный генератор может быть использован для формирования тестовых изображений
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных и моделирующих устройствах, использующих вероятностные принципы представления и обработки информации
Изобретение относится к технике понижения уровня шума, производимого пламенем
Генератор белого шума (варианты) // 2120179
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве зашумляющих устройств в различных каналах связи
Генератор случайных чисел // 2122232
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в компьютерной технике, технике связи и локации
Двухуровневый генератор шума // 2127483
Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано как в радиоизмерительной аппаратуре для высокоточных измерений малых значений температуры шума (СПМШ), так и в радиосистемах различного назначения в качестве опорного генератора шумовой мощности с дистанционным управлением
Генератор потока случайных сигналов // 2127899
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в устройствах, моделирующих случайные процессы
Генератор случайных сигналов // 2168260
Изобретение относится к радиотехнике и радиосвязи и может использоваться для создания генератора шума или помех в заданном диапазоне частот