Генератор хаотических колебаний



Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний
Генератор хаотических колебаний

 


Владельцы патента RU 2412527:

Прокопенко Вадим Георгиевич (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности возбуждения хаотических колебаний в двухполюсной резонансной системе с последовательным резонансом с помощью активного элемента в виде устройства с отрицательной проводимостью, имеющего управляемую по напряжению вольт-амперную характеристику, а также расширение пределов регулирования параметров генерируемого хаотического сигнала. Генератор хаотических колебаний содержит двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, двухполюсный элемент с емкостным сопротивлением, двухполюсный элемент с отрицательным емкостным сопротивлением и устройство с отрицательной проводимостью. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Предлагаемое 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, No 8, p.744), содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и нелинейного резистора, второй вывод соединен со вторым выводом первого конденсатора и первыми выводами второго конденсатора и индуктивного элемента, вторые выводы которых соединены со вторым выводом нелинейного резистора.

Также известен генератор хаотических колебаний (Т.Мацумото. Хаос в электрических схемах. ТИИЭР, 1987, т.75, №8, с.67-68, рис.1 и рис.6), содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, параллельно с которым включен первый конденсатор, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами индуктивного элемента и второго конденсатора, вторые выводы которых соединены со вторым выводом первого конденсатора.

Однако эти генераторы не позволяют применить для возбуждения хаотических колебаний двухполюсную колебательную систему с последовательным резонансом, например последовательный LC-контур, если в качестве активного элемента используется устройство с отрицательным сопротивлением, имеющее вольт-амперную характеристику, управляемую по напряжению (N-типа).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является генератор хаотических колебаний (Т.Мацумото. Хаос в электронных схемах. ТИИЭР, 1987, т.75, №8, с.76-79, рис.19, 20), содержащий двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с емкостным сопротивлением, второй вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением, второй вывод которого соединен с первым выводом устройства с отрицательной проводимостью, вольт-амперная характеристика которого такова, что протекающий через него ток является однозначной функцией приложенного к его выводам напряжения.

Недостатком этого генератора хаотических колебаний является то, что в нем для возбуждения хаотических колебаний с помощью устройства с отрицательной проводимостью, имеющего управляемую по напряжению вольт-амперную характеристику (N-типа), необходимо использовать параллельный LC-контур, применение же с этой целью резонансной системы с последовательным резонансом невозможно.

Целью изобретения является обеспечение возможности возбуждния хаотических колебаний в двухполюсной резонансной системе с последовательным резонансом с помощью активного элемента в виде устройства с отрицательным сопротивлением, имеющим вольт-амперную характеристику, управляемую по напряжению (N-типа).

Цель изобретения достигается тем, что в генераторе хаотических колебаний, содержащем двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с емкостным сопротивлением, второй вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением, второй вывод которого соединен с первым выводом устройства с отрицательной проводимостью, вольт-амперная характеристика которого такова, что протекающий через него ток является однозначной функцией приложенного к его выводам напряжения, второй вывод двухполюсного элемента с индуктивным сопротивлением соединен с первым выводом устройства с отрицательной проводимостью, второй вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением.

С целью расширения возможностей перестройки параметров генераруемых хаотических колебаний вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью определена уравнением:

где i(uC1) - ток, протекающий через устройство с отрицательной проводимостью под действием приложенного к нему напряжения uC1; U01 и U02 - абсолютные значения граничных напряжений между средним, проходящим через начало координат, и боковыми участками вольт-амперной характеристики; g0 - динамическая проводимость среднего участка вольт-амперной характеристики; g1 - динамическая проводимость боковых участков вольт-амперной характеристики.

С целью получения повышеной температурной стабильности двухполюсный элемент с отрицательным емкостным сопротивлением содержит первый конвертор импеданса, первый вывод которого соединен с выходом первого генератора тока и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с выходом второго генератора тока и вторым выводом первого конвертора импеданса, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с вторым и первым выводами двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением, общие шины первого и второго генераторов тока соединены с первой шиной питания, устройство с отрицательной проводимостью содержит второй конвертор импеданса, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего конвертора импеданса и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с четвертым выводом первого конвертора импеданса и вторым выводом третьего конвертора импеданса, третий вывод которого соединен с выходом третьего генератора тока и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с четвертым выводом третьего конвертора импеданса и выходом четвертого генератора тока, общая шина которого соединена с общей шиной третьего генератора тока и второй шиной питания, первый и второй выводы второго конвертора импеданса соединены соответственно с первым и вторым выводами устройства с отрицательной проводимостью, каждый конвертор импеданса содержит первый транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, эмиттер которого соединен с выходом первого генератора тока конвертора импеданса и базой четвертого транзистора, коллектор которого соединен с эмиттером пятого транзистора и базой шестого транзистора, эмиттер которого соединен с выходом второго генератора тока конвертора импеданса и базой второго транзистора, коллекторы третьего и шестого транзисторов соединены с первой шиной питания, общие шины первого и второго генераторов тока конвертора импеданса соединены с второй шиной питания, база и коллектор первого транзистора соединены с первым выводом конвертора импеданса, база и коллектор пятого транзистора соединены со вторым выводом конвертора импеданса, эмиттеры второго и четвертого транзисторов соединены соответственно с третьим и четвертым выводами конвертора импеданса.

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; фиг.3, на которой изображена безразмерная вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью; фиг.4, на которой приведена электрическая схема практической реализации генератора хаотических колебаний; фиг.5 и 6, на которых приведены примеры проекции безразмерного странного аттрактора на плоскость (x, z); и фиг.7 и 8, на которых показаны примеры зависимости безразмерной переменной x от времени.

Генератор хаотических колебаний содержит двухполюсный элемент с отрицательным емкостным сопротивлением 1, устройство с отрицательной проводимостью 2, двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением 3 и двухполюсный элемент с емкостным сопротивлением 4, причем двухполюсный элемент с отрицательным емкостным сопротивлением содержит первый 5 и второй 6 генераторы тока, конденсатор 7 и первый конвертор импеданса 8, устройство с отрицательной проводимостью содержит второй 9 и третий 10 конверторы импеданса, первый 11, второй 12 и третий 13 резисторы, третий 14 и четвертый 15 генераторы тока, каждый конвертор импеданса содержит первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 19, пятый 20 и шестой 21 транзисторы, первый 22 и второй 23 генераторы тока конвертора импеданса.

Запишем уравнения, описывающие динамику данного генератора (см. фиг.2):

где L - индуктивность двухполюсного элемента с индуктивным сопротивлением 3; C1 - абсолютное значение емкости двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением 1; C2 - емкость двухполюсного элемента с емкостным сопротивлением 4; uL и iL - переменное напряжение на двухполюсном элементе с индуктивным сопротивлением 3 и протекающий через него переменный ток соответственно; uC1 и iC1 - переменное напряжение на двухполюсном элементе с отрицательным емкостным сопротивлением 1 и протекающий через него переменный ток соответственно; uC2 и iC2 - переменное напряжение на двухполюсном элементе с емкостным сопротивлением 4 и протекающий через него переменный ток соответственно; i(uC1) - динамическая вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью 2.

Разрешив уравнения (1) относительно

, и ,

получим следующую систему дифференциальных уравнений:

Вводя безразмерные переменные , , , где , и безразмерное время , представим полученные уравнения в безразмерном виде:

где - безразмерная динамическая вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью; ;

Безразмерная динамическая вольт-амперная характеристика, соответствующая уравнению вольт-амперной характеристики, приведенному в п.2 формулы изобретения, имеет вид:

где , .

Устройство с отрицательной проводимостью в схеме на фиг.3 имеет приведенную в формуле изобретения вольт-амперную характеристику, параметры которой равны:

откуда

где R1, R2, R3 - сопротивления соответственно первого 11, второго 12 и третьего 13 резисторов, I3 и U4 - значения выходных токов соответственно третьего 14 и четвертого 15 генераторов тока. Причем выходные токи первого 5 и второго 6 генераторов тока устанавливаются равными соответственно I1=I+I3 и I2=I+I4, где ток I много больше выходных токов I3 и I4 третьего и четвертого генераторов тока I>>I3 и I>>I4, значения выходных токов I5 первого и второго генераторов тока конвертора импеданса устанавливаются приблизительно равными выходным токам третьего и четвертого генераторов тока.

В системе (3), (5) существуют нерегулярные автоколебания, характеризующиеся положительными значениями старшего характеристического показателя Ляпунова. Например, при d=1, b=-2, A=0.37, В=0.7…1.4 этот показатель равен 0.02…0.11, в частности при d=l, b=-2, A=0,37, B=1 он близок к 0.09; при d-1.1, b=-2, А=0.4, B=1.4…2 старший характеристический показатель Ляпунова лежит в пределах от 0.05 до 0.08.

Следовательно, при данных значениях коэффициентов d, b, A, B в генераторе на фиг.1 наблюдаются хаотические колебания.

Пусть g0=0.001 См, R1=R2=250 Ом, C2=10 нФ. Тогда в случае A=0.37, B=1, d=l, b=-2 хаотические колебания в схеме на фиг.4 наблюдаются при R3≈333 Ом, С1≈27 нФ, L≈10 мГн. Положив U01=U02=133 мВ, получим, что выходные токи третьего и четвертого генераторов тока равны I3=I4≈0.4 мА, причем I1=I2≈4 мА, I5≈0.4 мА. В случае A=0.4, В=1.6, d=l.l, b=-2 при U01=147 мВ, U02=121 мВ, выходные токи третьего и четвертого генераторов тока равны соответственно I3≈0.44 мА, I4≈0.36 мА, при этом I1≈4.04 мА, I2≈3.96 мА, I5≈0.4 мА, R3≈333 Ом, С1≈25 нФ, L≈4 мГн.

На фиг.5 и фиг.6 приведены примеры проекции хаотического аттрактора на плоскость (x, z) при b=-2, d=1, A=0.37, B=1 и при b=-2, d=1.1, А=0.4, В=1.6 соответственно. На фиг.7 и фиг.8 даны соответствующие примеры зависимости безразмерной переменной x от времени.

В отличие от прототипа схема на фиг.1 позволяет генерировать хаотические колебания в последовательном колебательном контуре при использовании качестве активного элемента устройства с отрицательной проводимостью, имеющего вольт-амперную характеристику, управляемую по напряжению (N-типа).

Другим преимуществом заявленного генератора хаотических колебаниий по сравнению с прототипом является возможность перестройки параметров хаотических колебаний путем регулирования положения границ между средним и боковымии участками вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью, позволяющего видоизменять геометрию странного аттрактора.

Повышенная температурная стабильность двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением и устройства с отрицательной проводимостью обусловлена тем, что их характеристики практически не зависят от параметров транзисторов вследствие взаимной компенсации эмиттерных сопротивлений транзисторов 16 и 17, 20 и 19, и пренебрежимо малого влияния на их параметры эмиттерных сопротивлений транзисторов 22 и 23.

1. Генератор хаотических колебаний, содержащий двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с емкостным сопротивлением, второй вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением, второй вывод которого соединен с первым выводом устройства с отрицательной проводимостью, вольт-амперная характеристика которого такова, что протекающий через него ток является однозначной функцией приложенного к его выводам напряжения, отличающийся тем, что второй вывод двухполюсного элемента с индуктивным сопротивлением соединен с первым выводом устройства с отрицательной проводимостью, второй вывод которого соединен с первым выводом двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением.

2. Генератор хаотических колебаний по п.1, отличающийся тем, что вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью определена уравнением:

где i(uC1) - ток, протекающий через устройство с отрицательной проводимостью под действием приложенного к нему напряжения uC1; U01 и U02 - абсолютные значения граничных напряжений между средним, проходящим через начало координат, и боковыми участками вольт-амперной характеристики; g0 - динамическая проводимость среднего участка вольт-амперной характеристики; g1 - динамическая проводимость боковых участков вольт-амперной характеристики.

3. Генератор хаотических колебаний по п.1, отличающийся тем, что двухполюсный элемент с отрицательным емкостным сопротивлением содержит первый конвертор импеданса, первый вывод которого соединен с выходом первого генератора тока и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с выходом второго генератора тока и вторым выводом первого конвертора импеданса, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с вторым и первым выводами двухполюсного элемента с отрицательным емкостным сопротивлением, общие шины первого и второго генераторов тока соединены с первой шиной питания, устройство с отрицательной проводимостью содержит второй конвертор импеданса, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего конвертора импеданса и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с четвертым выводом второго конвертора импеданса и вторым выводом третьего конвертора импеданса, третий вывод которого соединен с выходом третьего генератора тока и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с четвертым выводом третьего конвертора импеданса и выходом четвертого генератора тока, общая шина которого соединена с общей шиной третьего генератора тока и второй шиной питания, первый и второй выводы второго конвертора импеданса соединены соответственно с первым и вторым выводами устройства с отрицательной проводимостью, каждый конвертор импеданса содержит первый транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, эмиттер которого соединен с выходом первого генератора тока конвертора импеданса и базой четвертого транзистора, коллектор которого соединен с эмиттером пятого транзистора и базой шестого транзистора, эмиттер которого соединен с выходом второго генератора тока конвертора импеданса и базой второго транзистора, коллекторы третьего и шестого транзисторов соединены с первой шиной питания, общие шины первого и второго генераторов тока конвертора импеданса соединены с второй шиной питания, база и коллектор первого транзистора соединены с первым выводом конвертора импеданса, база и коллектор пятого транзистора соединены со вторым выводом конвертора импеданса, эмиттеры второго и четвертого транзисторов соединены соответственно с третьим и четвертым выводами конвертора импеданса.



 

Похожие патенты:

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

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 электромагнитных хаотических импульсов сверхвысоких частот (СВЧ). .

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 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

Изобретение относится к устройствам и способам генерации хаотического сигнала, и может использоваться при конструировании приемопередающих устройств

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

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в современных, помехозащищенных и конфиденциальных системах связи, в системах защиты информации для создания шумового сигнала, в контрольно-измерительных системах для измерения частотных характеристик, а также в системах кодирования для генерации случайных чисел и последовательностей

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