Генератор хаотических колебаний с инерционной нелинейностью

Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - повышение точности генерирования хаотических автоколебаний с заданной структурой, упрощение конструкции и обеспечения энергопотребления генератора. Генератор хаотических колебаний с инерционной нелинейностью содержит операционный усилитель, цепь отрицательной обратной связи которого содержит переменный резистор и первый полевой транзистор, вход которого соединен с выходом операционного усилителя с помощью RC-цепи Вина и с входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом нелинейного инерционного преобразователя, а выход нелинейного инерционного преобразователя соединен с входом полевого транзистора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний.

Известен генератор хаотических колебаний, содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первыми входами конденсатора и резистора, второй вход устройства с отрицательным сопротивлением соединен с первым выводом первой катушки индуктивности, второй вывод которой соединен со вторым входом резистора (Т.Мацумото, Хаос в электронных схемах. ТИИЭР, 1987. Т.75. Т.8, с.67-68).

Недостатком этого генератора хаотических колебаний является то, что в нем используется нелинейный резистор с отрицательным сопротивлением, совмещающий разнородные функции резистивного элемента с заданным нелинейным номиналом сопротивления и нелинейного преобразователя сигналов с заданной нелинейностью, что ограничивает возможность изменения параметров нелинейности, сужая тем самым пределы регулирования характеристик генерируемых колебаний.

Известен генератор хаотических колебаний, содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом первой катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первыми выводами нелинейного элемента и второй катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен со вторыми выводами нелинейного элемента и устройства с отрицательным сопротивлением (см. патент РФ №2207710, МПК Н03В 29/00).

Однако и этот генератор хаотических колебаний не допускает изменения параметров нелинейности и тем самым не позволяет изменять характеристики генерируемых хаотических сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является генератор хаотических колебаний, содержащий неинвертирующий усилитель с регулируемым с помощью резистора Ry коэффициентом усиления, в котором входной каскад, собранный на пентоде, имеет два входа, первый из которых является сигнальным, а второй - управляющим, и позволяет изменять коэффициент усиления усилителя пропорционально амплитуде поступающего на этот вход переменного напряжения. Выход усилителя подключен к входу RC-цепи Вина, состоящей из последовательного соединения конденсатора С, резистора R и параллельного соединения еще одного конденсатора С и еще одного резистора R, а выход RC-цепи Вина соединен с первым входом усилителя. С выхода усилителя сигнал дополнительно подается на вход инерционной нелинейной цепи, состоящей из последовательного соединения нелинейного элемента с квадратичной характеристикой и фильтра нижних частот, состоящего из параллельного соединения резистора Rф и конденсатора Сф, выход которой соединен со вторым входом усилителя. Изменение величин резистора

Rу и конденсатора Сф позволяет независимо друг от друга регулировать два параметра генерируемых хаотических колебаний (В.В.Астахов, Механизмы перехода к стохастичности в генераторе с инерционной нелинейностью: Канд. дис. Саратов, 1983).

Недостатком генераторов хаотических колебаний с инерционной нелинейностью, в том числе и рассматриваемого генератора хаотических колебаний, является то, что он собран на электронных лампах. При этом из-за приближенной реализации линейности динамической характеристики усилителя и квадратичного закона в инерционном преобразователе точность генерирования хаотических колебаний недостаточна. Кроме этого генератор имеет крупные габариты и высокое энергопотребление, так как содержит 4 источника постоянного напряжения, в том числе один высоковольтный, и источник переменного напряжения для питания цепей накала электронных ламп.

Перевод генератора хаотических колебаний с инерционной нелинейностью на современные полупроводниковые элементы затруднен отсутствием полупроводниковых приборов, аналогичных многосеточным электронным лампам.

Задачей настоящего изобретения является создание генератора хаотических колебаний с инерционной нелинейностью с использованием современных полупроводниковых приборов.

Технический результат заключается в повышении точности генерирования хаотических автоколебаний с заданной структурой, упрощении конструкции и энергопотребления генератора. При этом генератор хаотических колебаний становится компактным и использует единственный стандартный источник с напряжениями +15 и -15 В.

Поставленная задача достигается тем, что генератор хаотических колебаний с инерционной нелинейностью, содержит операционный усилитель, цепь отрицательной обратной связи которого содержит переменный резистор и первый полевой транзистор, вход которого соединен с выходом операционного усилителя с помощью RC-цепи Вина и с входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом нелинейного преобразователя, а выход нелинейного преобразователя соединен с входом полевого транзистора.

Нелинейный инерционный преобразователь выполнен в виде второго полевого транзистора с фильтром нижних частот в качестве нагрузки.

Для питания генератора выбран единственный стандартный источник напряжения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема предлагаемого генератора хаотических колебаний, где

A1 - первый операционный усилитель;

А2 - второй операционный усилитель;

V1 - первый полевой транзистор;

V2 - второй полевой транзистор;

RС-цепь Вина, содержащая резистор R1 и R2 и конденсаторы C1 и С2;

R3, R5, R6 - переменные резисторы;

С3 и С4 - переходные емкости;

R4, R7 - постоянные резисторы;

Rф - резистор;

Сф - конденсатор;

Uотс - напряжение отсечки тока транзистора;

U1 - входное напряжение первого операционного усилителя;

Uвых - выходное напряжение первого операционного усилителя и генератора хаотических колебаний в целом;

U' - выходное напряжение второго операционного усилителя;

U" - выходное напряжение нелинейного инерционного преобразователя.

Генератор хаотических колебаний с инерционной нелинейностью содержит первый операционный усилитель А1, цепь отрицательной обратной связи которого содержит переменный резистор R3 и первый полевой транзистор V1, вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя А1 с помощью RC-цепи Вина и с входом второго операционного усилителя А2, выход которого соединен с входом инерционной цепи, содержащей второй полевой транзистор V2 и фильтр нижних частот, содержащий резистор Rф и конденсатор Сф, а выход инерционной цепи соединен с входом первого полевого транзистора V1.

Генератор хаотических колебаний с инерционной нелинейностью функционирует следующим образом. При подключении RC-цепи Вина ко входу и выходу первого операционного усилителя А1 и установке коэффициента усиления, равного 3, в первом операционном усилителе возникают гармонические колебания. Напряжение U1, усиленное вторым операционным усилителем А2, поступает на вход второго полевого транзистора V2, у которого с помощью переменного резистора R5 напряжение смещения затвора устанавливается равным напряжению отсечки Uотс тока транзистора. При этом ток второго полевого транзистора V2 отличен от нуля только при положительных значениях напряжения U' и строго пропорционален U'2, т.е. ICm2=

S0U'2σ(U')/2, где S0 - удельная крутизна полевого транзистора, . Проходя через RфСф - звено, ток ICm2 создает на нем напряжение U", причем ток ICm2 равен сумме токов, протекающих через Rф и Сф. Поэтому

или

Принимая во внимание, что U' пропорционально U1, и вводя безразмерные переменные z и τ=ω0t, получим дифференциальное уравнение инерционного преобразователя

где , ,

τф=Rф·Сф - постоянная времени фильтра. При S0Rф/2U1max=1 имеем g'=g и уравнение становится каноническим.

Напряжение U" с выхода инерционного преобразователя поступает на затвор первого полевого транзистора V1, сопротивление которого между истоком и стоком при отрицательном (запирающем) напряжении на затворе удовлетворяет формуле

,

где Rmin - минимальное сопротивление канала при UЗИ=0 (Rmin=200÷1000 Ом), UЗИ - модуль отрицательного напряжения затвора относительно истока, Uотc - напряжение отсечки тока транзистора. Если на затворе V1 задано напряжение UЗИ=Uотс/2+U" и U"<<Uотс, то сопротивление RV1 транзистора V1 имеет вид

,

а коэффициент усиления К усилителя А1

изменяется пропорционально управляющему сигналу U". Необходимая величина U" устанавливается вторым операционным усилителем А2 с помощью переменного резистора R6 и при определенных значениях переменных резисторов R3, R6 и конденсатора Сф в генераторе устанавливаются хаотические колебания, параметры которых можно регулировать, изменяя независимо друг от друга R3, R6 и Сф. Таким образом, в предлагаемом устройстве создаются условия для более точной реализации линейности динамической характеристики усилителя и квадратичного закона в инерционном преобразователе, а изменение величин резисторов R3, R6 и конденсатора Сф позволяет независимо друг от друга регулировать параметры генерируемых хаотических колебаний.

Пример конкретного исполнения генератора хаотических колебаний с инерционной нелинейностью. В генераторе использовалась микросхема сдвоенного операционного усилителя К140УД20А и два полевых транзистора типа 2П302Б. Резисторы R1 и R2 имели величину 1 кОм, конденсаторы С1 и С2 - емкость 10 нФ. Переменные резисторы R3 R5 и R6 типа СП5-14, R3=R6=100 кОм, R5=10 кОм. Резистор Rф=1 кОм, конденсатор Сф представляет магазин емкостей 5 до 50 нФ.

1. Генератор хаотических колебаний с инерционной нелинейностью,
характеризующийся тем, что он содержит операционный усилитель, цепь отрицательной обратной связи которого содержит переменный резистор и первый полевой транзистор, вход которого соединен с выходом операционного усилителя с помощью RC-цепи Вина и с входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом нелинейного инерционного преобразователя, а выход нелинейного инерционного преобразователя соединен с входом полевого транзистора.

2. Генератор по п.1, характеризующийся тем, что нелинейный инерционный преобразователь выполнен в виде второго полевого транзистора с фильтром нижних частот в качестве нагрузки.

3. Генератор по п.1, характеризующийся тем, что для питания генератора выбран единственный стандартный источник напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в качестве формирователей помех в передатчиках помех различного назначения, а также в средствах радиосвязи.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для моделирования случайных процессов. .

Изобретение относится к радиотехнике и связи, может использоваться при моделировании и испытании телекоммуникационных систем, в частности локальных вычислительных сетей на этапе проектирования.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к формированию псевдослучайных сигналов, и может быть использовано в радиосистемах со сложными сигналами.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника широкополосных электромагнитных хаотических сигналов в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Изобретение относится к формированию широкополосных СВЧ хаотических сигналов и может использоваться в технике связи, радиолокации, измерительной технике. .

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

Изобретение относится к области радиоэлектротехники и может использоваться в радиопередающих устройствах. .

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

Изобретение относится к области радиоэлектротехники и может быть использовано при конструировании приемопередающих устройств. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника электромагнитных хаотических импульсов сверхвысоких частот (СВЧ)

Изобретение относится к интегральной электронной технике и может быть использовано в составе микропотребляющих высокочастотных устройств тактовой синхронизации цифровых схем

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

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

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

Изобретение относится к области радиофизики и СВЧ-электроники и предназначено для генерации высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) широкополосных хаотических колебаний разного уровня мощности

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в коммуникационных системах связи

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

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для защиты информации средств вычислительной техники от утечки информации

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