Генератор хаотических колебаний

 

Изобретение относится к радиотехнике. Генератор хаотических колебаний содержит устройство с отрицательным сопротивлением (1), емкость (3) и индуктивность (4). Введено устройство с отрицательной индуктивностью (2). Технический результат - обеспечение возможности возбуждения хаотических колебаний в двухполюсной резонансной системе с последовательным резонансом с повышением температурной стабильности за счет независимости от параметров транзисторов эквивалентных сопротивлений устройств с отрицательными сопротивлением и индуктивностью. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний.

Известен генератор хаотических колебаний (N.Inaba, T.Saito and S.Mori. Chaotic phenomena in a circuit with negative resistance and ideal swith of diodes//The transactions of IEICE, 1987, Vol. E 70, N 8, P. 744), содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первыми выводами первой емкости и нелинейного резистора, второй вывод соединен со вторым выводом первой емкости и первыми выводами второй емкости и индуктивности, вторые выводы которых соединены со вторым выводом нелинейного резистора.

Также известен генератор хаотических колебаний (А.Р.Волковский. Хаотический релаксационный генератор. Изв. вузов "Прикладная нелинейная динамика", 1994, Т. 2, N 2, с. 50), представляющий собой блокинг-генератор, в коллекторную цепь транзистора которого включен дополнительный конденсатор.

Однако колебательная система этих генераторов должна иметь более двух отводов для соединения с остальными элементами схемы. Это не позволяет использовать данные генераторы для возбуждения хаотических колебаний в колебательных системах, имеющих только одну пару внешних выводов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является генератор хаотических колебаний (Т.Мацумото. Хаос в электронных схемах. ТИИЭР, 1987, Т. 75, N 8, с. 76-79, рис. 19, 20), содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом емкости, второй вывод которой соединен с первым выводом индуктивности.

Недостатком этого генератора хаотических колебаний является то, что его построение основано на использовании параллельного резонансного контура, что не позволяет применить данную схему для возбуждения хаотических колебаний в резонансных системах с последовательным резонансом, например в последовательном LC-контуре.

Целью изобретения является возбуждение хаотических колебаний в двухполюсной резонансной системе с последовательным резонансом.

Цель изобретения достигается тем, что в генератор хаотических колебаний, содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом емкости, второй вывод которой соединен с первым выводом индуктивности, дополнительно введено устройство с отрицательной индуктивностью, выводы которого соединены с выводами устройства с отрицательным сопротивлением, второй вывод которого соединен со вторым выводом индуктивности, причем вольт-амперная характеристика устройства с отрицательным сопротивлением такова, что напряжение на выводах этого устройства является однозначной функцией протекающего через него тока.

С целью повышения температурной стабильности устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым выводами устройства с отрицательным сопротивлением, коллектор первого транзистора соединен с базой второго транзистора и эмиттером третьего транзистора, база и коллектор которого соединены с выходом первого источника тока, эмиттером четвертого транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго источника тока, эмиттером пятого транзистора и базой и коллектором шестого транзистора, эмиттер которого соединен с базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, коллектор четвертого транзистора соединен с базой пятого транзистора и эмиттером седьмого транзистора, база и коллектор которого соединены с выходом третьего источника тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом четвертого источника тока и базой и коллектором восьмого транзистора, эмиттер которого соединен с базой четвертого транзистора и коллектором пятого транзистора, устройство с отрицательной индуктивностью содержит девятый транзистор, коллектор которого соединен с базой десятого транзистора и эмиттером одиннадцатого транзистора, база и коллектор которого соединены с первым выводом устройства с отрицательной индуктивностью, база девятого транзистора соединена с коллектором десятого транзистора и эмиттером двенадцатого транзистора, база и коллектор которого соединены со вторым выводом устройства с отрицательной индуктивностью, эмиттер девятого транзистора соединен с первым выводом второй индуктивности, второй вывод которой соединен с эмиттером десятого транзистора и общей шиной.

Заявляемый генератор хаотических колебаний поясняется фиг. 1, на которой изображена его схема электрическая принципиальная, фиг. 2, на которой показано распределение токов и напряжений в схеме генератора при его работе, и фиг. 3, на которой приведена практическая реализации заявленного генератора.

Генератор хаотических колебаний содержит устройство с отрицательным сопротивлением 1, устройство с отрицательной индуктивностью 2, емкость 3 и индуктивность 4, причем устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11 и восьмой 12 транзисторы, первый 13 и второй 14 резисторы, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 источники тока, устройство с отрицательной индуктивностью содержит девятый 19, десятый 20, одиннадцатый 21 и двенадцатый 22 транзисторы и вторую индуктивность 23.

Запишем уравнения, описывающие динамику данного генератора (см. фиг. 2): где L1 - модуль эквивалентной индуктивности устройства с отрицательной индуктивностью 2; L2 - значение индуктивности 4; С - значение емкости 3; iL1 - переменный ток, протекающий в цепи устройства с отрицательной индуктивностью 2; iL2 - переменный ток, протекающий в индуктивности 4; uC - переменное напряжение на емкости; uS(i) - динамическая вольт-амперная характеристика устройства с отрицательным сопротивлением.

Разрешив уравнения (1) относительно diL1/dt, diL2/dt, duc/dt, получим следующую систему дифференциальных уравнений: Вводя нормированные переменные x = iL1/I0, y = iL2/I0, z = uC/n1I0 (где I0 - величина граничного тока между средним и боковыми участками вольт-амперной характеристики отрицательного сопротивления, n1 - дифференциальное сопротивление ее среднего участка) и безразмерное время приведем систему (2) к стандартному виду: где r(y - x) = uS(i)/n1I0 - нормированная динамическая вольт-амперная характеристика устройства с отрицательным сопротивлением; А = L2/L1; В = L2/n12C.

Полученная система уравнений идентична стандартной системе уравнений, описывающей динамику прототипа, так как исходная система уравнений, описывающая прототип приводится к виду (3) подстановкой:
x = uC1/E1; y = uC2/E1; z = iL/(m1E1);
A = C2/C1; B = C2/(m12L); r(y - x) = g(u)/m1E1, u = uC2 - uC1,
где E1 - граничное напряжение между средним и боковыми участками вольт-амперной характеристики;

динамическая вольт-амперная характеристика устройства с отрицательным сопротивлением в прототипе; m1 - динамическая проводимость среднего участка вольт-амперной характеристики; m0 - модуль динамической проводимости боковых участков вольт-амперной характеристики; k = m0/m1, следовательно:

Поэтому в заявленном генераторе хаотические колебания будут наблюдаться при тех же значениях А, В и k, что и в прототипе. Исходя из этого определяются значения физических параметров схемы заявленного генератора. Например, задаваясь значениями С, n1 и I0, получим: L2 = Bn12C; L1 = L2/A;

где n0 = kn1 - модуль дифференциального сопротивления боковых участков вольт-амперной характеристики.

В схеме на фиг. 3 n1 R1R2/(R1 - R2); n0 R1; L1 L; I0 I2, где R1 и R2 - сопротивления соответственно первого и второго резисторов; L - значение второй индуктивности; I2 - выходной ток третьего и четвертого источников тока. Хаотические колебания в прототипе наблюдаются, в частности, при L = 10 мГн, C2 = 1 нФ, C1 = 0,1 нФ, 1/m1 10 кОм, m0 0,7 m1, то есть при А = 10, В = 10, k 0,7. Следовательно значения элементов схемы на фиг. 3 можно выбирать исходя из соотношений: R1 kn1 0,7n1; R2 kn1/(1 + k) 0,41n1; L2 = 10n12C; L L2/10. Теперь, задавшись численными значениями С, n1 и I0, например, С = 5 нФ, n1 = 200 Ом, I0 = 0,4 мА, можно получить значения параметров остальных элементов схемы на фиг. 3, при которых в ней наблюдаются хаотические колебания: L2 2 мГн, L 0,2 мГн, R1 140 Ом, R2 82 Ом, I2 0,4 мА, I1 1,6 мА.

Таким образом, предложенный генератор обеспечивает возбуждение хаотических колебаний в последовательном колебательном контуре (образованном индуктивностью 4 и емкостью 3), который соединен с остальными элементами схемы только двумя отводами. Повышенная температурная стабильность устройств с отрицательным сопротивлением и отрицательной индуктивностью обусловлена тем, что эквивалентные сопротивления этих устройств практически не зависят от параметров транзисторов вследствие взаимной компенсации эмиттерных сопротивлений транзисторов 5 и 7, 6 и 10, 8 и 11, 9 и 12, 19 и 21, 20 и 22.


Формула изобретения

1. Генератор хаотических колебаний, содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом емкости, второй вывод которой соединен с первым выводом индуктивности, отличающийся тем, что в него введено устройство с отрицательной индуктивностью, выводы которого соединены с выводами устройства с отрицательным сопротивлением, второй вывод которого соединен с вторым выводом индуктивности, причем вольт-амперная характеристика устройства с отрицательным сопротивлением такова, что напряжение на выводах этого устройства является однозначной функцией протекающего через него тока.

2. Генератор хаотических колебаний по п.1, отличающийся тем, что устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым выводами устройства с отрицательным сопротивлением, коллектор первого транзистора соединен с базой второго транзистора и эмиттером третьего транзистора, база и коллектор которого соединены с выходом первого источника тока, эмиттером четвертого транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго источника тока, эмиттером пятого транзистора и базой и коллектором шестого транзистора, эмиттер которого соединен с базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, коллектор четвертого транзистора соединен с базой пятого транзистора и эмиттером седьмого транзистора, база и коллектор которого соединены с выходом третьего источника тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом четвертого источника тока и базой и коллектором восьмого транзистора, эмиттер которого соединен с базой четвертого транзистора и коллектором пятого транзистора, устройство с отрицательной индуктивностью содержит девятый транзистор, коллектор которого соединен с базой десятого транзистора и эмиттером одиннадцатого транзистора, база и коллектор которого соединены с первым выводом устройства с отрицательной индуктивностью, база девятого транзистора соединена с коллектором десятого транзистора и эмиттером двенадцатого транзистора, база и коллектор которого соединены с вторым выводом устройства с отрицательной индуктивностью, эмиттер девятого транзистора соединен с первым выводом второй индуктивности, второй вывод которой соединен с эмиттером десятого транзистора и общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и радиосвязи и может использоваться для создания генератора шума или помех в заданном диапазоне частот

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в устройствах, моделирующих случайные процессы

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

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в компьютерной технике, технике связи и локации

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве зашумляющих устройств в различных каналах связи

Изобретение относится к технике понижения уровня шума, производимого пламенем

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных и моделирующих устройствах, использующих вероятностные принципы представления и обработки информации

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 области радиотехники и электроники и может найти применение для защиты средств вычислительной техники от утечки информации в результате побочных электромагнитных излучений

Изобретение относится к радиотехнике и радиосвязи и может использоваться для создания генератора шума или помех в заданном диапазоне частот

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом моделировании оптическими средствами

Изобретение относится к области игр, а также к способам образования случайных чисел преимущественно для игр в кости

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах для обработки информации

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в устройствах, моделирующих случайные процессы

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в компьютерной технике, технике связи и локации

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве зашумляющих устройств в различных каналах связи

Изобретение относится к области контроля качества работы генераторов низкочастотных сигналов и может быть использовано в качестве генератора маскирующих помех

Изобретение относится к радиотехнике
Наверх