Способ моделирования явлений в пространственно-временной структуре и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для исследования свойств непериодических структур, обусловленных наличием примесей и тепловыми процессами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Способ моделирования явлений в пространственной структуре включает выбор и соединение пазонных систем согласно структуре исследуемого оригинала, интегральную модуляцию энергоемкого параметра пазонных систем, измерение интервала времени между экстремумами скорости измерения параметра за период. При выполнении условий квантового пазонного резонанса возбуждают колебания в пазонных системах путей квантования и вложения энергии в средние собственные колебания, причем задают значения периода модуляции динамического энергоемкого параметра, амплитуд динамических параметров, обменных импульсов энергией, частоты следования импульсов, по выбранным параметрам электрической модели выбирают геометрические, электрические, энергетические параметры пазонных систем. Устройство для реализации способа содержит генераторы ПСП, импульсов, синусоидального сигнала, переключатели, мультивибраторы и электрическую модель, включающую пазонные системы и сумматор. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ., СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 5 С 09 В 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4364991/31-25 (22) 13.01.88 (46) 30.03.90. Бюл. Н 12 (71} Харьковский институт радиоэлектроники им.акад. М.К. Янгеля (72} П.И. Чередников (53) 075.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1216822, кл. H 03 K 3/53, 1983

Белкин И.К. и др. Оптимизация формы напряжения накачки в низкочастотном параметрическом усилителе. - Радиотехника, 1974, т. 29, 11 1, с. 74, рис. (54) СПОСОБ ИОДЕЛИРОВАНИЯ ЯВЛЕНИЙ В

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для исследования свойств непериодических структур, обусловленных наличием примесей и тепловыми процессами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Способ моделирования явлений в пространственИзобретение относится к радиофизике и может быть использовано для исследования свойств непериодических структур, обусловленных наличием примесей и тепловыми процессами.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа моделирования явлений в пространственно-временной структуре.

2 ной структуре включает выбор и соединение пазонных систем согласно структуре исследуемого оригинала, интегральную модуляцию энергоемкого параметра пазонных систем, измерение интервала времени между экстремумами скорости измерения параметра за пери" од, при выполнении условий квантово" го пазонного резонанса возбуждают колебания в пазонных системах путей квантования и вложения энергии в средние собственные колебания, причем задают значения периода модуляции дина" мического энергоемкого параметра, амплитуд динамических параметров, об" менных импульсов энергией, частоты следования импульсов, llo выбранным параметрам электрической модели выби" рают геометрические, электрические, энергетические параметры пазонных сис. тем. Устройство для реализации способа содержит генераторы ПСП, импульсов, синусоидального сигнала, пере" ключатели, мультивибраторы,и электри" ческую модель, включающую пазонные системы и сумматор. 2 с.п. ф-лы, 7 ил. 4

На фиг ° 1 изображена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг .2 -,Ь функциональная схема электрической и модели; на фиг. 3 - фиг. 7 - способы моделирования объемных (фиг. 3), свя" занных (фиг. 4), последовательных (фиг. 5) и параллельных (фиг. 6 и фиг. 7) структур.

1554002

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит генератор

1 псевдослучайной последователь ности и генератор 2 импульсов, которые через переключатель 3 подключены к буферному каскаду 4, выходы каскада 4 через разделительные конденсаторы (не показаны) подключены ко входам ждущих мультивибраторов 5, скважность 10 которых регулируют переменными резисторами 6, выходы ждущих мультивибраторов 5 подключены к входам сумматора 7, выход которого через первый контакт переключателя 8 подключен к усилителю 9 мощности, выходы усилителя 9 мощности через одни контакты переключателя 10 подключены одновременно или выборочно к контурам накач" ки пазонных систем электрической мо- 20 дели 11, содержащим входы 12 и выходы 13. Кварцевый генератор 14 синусоидальных колебаний через усилитель 15 подключен к второму контакту переключателя 8, генератор 16 низкочастотных 25 .колебаний через переключатель 17 и источник 18 постоянного смещения подключен одновременно или выборочно через другие контакты переключателя 10 к соответствующим контурам накачки.

Входы 12 и выходы 13 пазонных систем электрической модели 11 в зависимости от модулированного оригинала используют непосредственно или коммутируют и подключают к соответствующим измерительным приборам., Устройство также содержит. общйй вы- ход 19.

Электрическая модель содержит 1-N пазонных систем, каждая из которых 40 содержит два магнитных сердечника с обмотками накачки, которые соединены последовательно и согласно и подключены к переменному резистору 20 усилителя мощности, активные потери в конту 45 ре накачки учитываются сопротивлением резистора B„,пазонные системы питаются от генератора напряжения, поэтому резисторы R значительно больше реп зисторов 20 и последними при расчетах

1пренебрегают, резонансными обмотками, соединенными последовательно и встречно, последовательно с которыми подключен резистор R„, резонансные обмотки

Р р а у т ро аны кон 55 денсатором С. Входной сигнал подается в резонансный контур (вход 12 системы

1 ) одновременно или раздельно. Вьходы 13 пазонных систем подключают к измерительным приборам или дополнительному сумматору раздельно, выход сумматора 21 и общий выход 19 устройства при последовательном соединении пазовых систем подключают к измерительным приборам.

Число витков обмоток накачки и резонансных выбирают одинаковыми и ра вными W.

Способ моделирования явлений в пространственно"временной структуре осуществляют следующим образом, При моделировании обьемной структуры входы 12 пазонных систем подключают к общему источнику сигнала (фиг, 3), тогда соответствующие выходы 13 будут соответствовать полезным сигналам координат Х, Y, Z. Используя общий источник на входе и сумматор 21 на выходе структуры (фиг ° 4), можно моделировать разнородные материалы s структуре, расположенные параллель.но. Схема, изображенная на фиг. 5, позволяет моделировать структуры с последовательно соединенными разнородными материалами .

Способ соединения, приведенный на фиг . 6, можно использовать для моделирования различных плотностей частиц в однородных или неоднородных материалах. Подавая разные сигналы на входы пазонных систем и регистрируя сигналы на выходе раздельно (фиг. 7), можно использовать однородные и неоднородные материалы, собранные в виде сложной структуры. Явления в пространственно-временной структуре, в том числе и квантовой, описываются волновыми уравнениями, подобно уравнениям для электромагнитных или звуковых волн, причем для многих классов задач состояние электрона в силовом поле определяется амплитудным уравнением Шредингера

dx

-----+(К-V(x))tj =O ° т

8 т у г п

Вл

V(x)

Ь (1) где (- волновая функция (электронная волна);

Е и V (х) - полная (собственная) и потенциальная энергия системы;

m — масса микрочастицы; ддп . Э1 8- — + 1П вЂ” Ы-+R п = ас ае д 1)в (2) ах 1

25 где in u U ток и напряжение и-й резонансной ячейки;

- динамическая индуктивност ь;

- активные потери; — линейная емкость ячейки.

Умножим первое уравнение системы на in, а второе -.на U . После преобра зова ния и олучи м ура внение для потока энергии в линии (уравнение энергетического баланса):

Э О. и) à Lain CU„ (- — + — -"-) +

Зх ас 2 2

inR in JL .г ° и

В + . Ы

2 2

Rq

С учетом принятых обозначений изменение потока энергии пропорционально изменению энергии в энергоемких элементах (выражение в скобках оправа), мощности потерь на резисторе и мощнос8Lg ти вносимой, в систему (при --- с О)

Э 3}

Э1.а и отбираемой из системы (при --"- > О)

55 благодаря интегральной модуляции переменного параметра генератором накача хая ки. При --- с 0 энергия вносимая в а

5 1"540

h - универсальная постоянная

Планка .

Уравнение (1) описывает движение микрочастицы в ограниченной области пространства. Уравнение (1) имеет .решение при строго определенных (дискретных) значениях параметра где n - главные квантовые числа, которые называются собственными значециями частицы, а („ - собственные волновые функции. При движении свободного электрона, т.е. при (V(x)=0), уравнение.йредингера не накладывает никаких ограничений на его энергию Е, она не квантуется и может принимать любое значение.

Рассмотрим процессы в резонансном контуре отдельной пазонной системы (первая ячейка на фиг. 2). Согласно . -20 закону Кирхгофа уравнение движения в колебательном контуре можно записать в виде

02 6 контур, може компенсировать энергию., рассматриваемую на резисторе R, т.е. п R„ i n д?.

° г г при равенстве ------- и

2 2 Зс формально можно считать R„= О, при этом в контуре будут наблюдаться свободные колебания. Компенсация R„позволяет передавать сигналы последовательно в другие пазонные системы.

Полученные результаты показывают, что скорость изменения переменного параметра позволяет внести кроме энергии и понятие положительного или отрицательного обменного импульса, рав3 1.а ного произведению i — — . Формально п Яс полученные результаты можно интерпретировать для кристаллической ячейки следующим образом. При снижении температуры проводника столкновение электронов с узлами решетки уменьшается, электроны не отдают своей энергии, а наоборот, поглощают соответствующие фотоны, при этом увеличивается их средняя длина свободного пробега, равная h . При наличии ускоряющего поля в структуре электроны из одной ячейки без "трения" будут переходить в следующие ячейки кристаллической решетки, т.е. появляется ток, не уча" ствующий в создании джоулева тепла .. а ° {)и. о.

Под действием внешних сил во многих объектах распределение заряженных и нейтральных (атомов и молекул) части может испытывать пространственно-временную модуляцию. Однородность частиц приводит к периодическому рас" пределению частиц и к периодическому распределению потенциальной энергии.

Наличие примесей в объектах приводит к нарушению периодичности структуры объекта и соответственно потенциальной энергии. Кроме того, тепловые процессы вызывают колебания узлов решетки или центоров неоднородностей. Каж" дое колебание обладает энергией и импульсом, так называемые фотоны.

Энергия нормального колебания с частотой квантована подчиняется закону

Я = (пЮ +1/2)AС0

G)q гдепИ =О, 1, 2, 3,. ° ° 3 д, — минимальная порция (квант) энергии - фотон;

3 - постоянная Планка.

1554002

Физические процессы в энергетических структурах определяются взаимодействиями электронов с фотонами,рассеяния фотонов друг на друга и др.

Таким образом, свойство неоднородностей распределения заряженных частиц (электронные пучки, плазма, сплавы и т,п.) и твердые тела обусловле-. ны особенностями взаимодействия эле- 10 ктронов электромагнитных или электронных волн с периодичностью распределения энергии в объекте, Точное определение функции потенциальной энергии представляет большие трудности, 15 ! поэтому для анализа основных законоМерностей поведения частиц иона используются упрощенные модели, например, в виде прямоугольных потенциальных ям, без учета примесей и тепловых 20 процессов. Однако в реальных структурах потенциальная энергия U(g) имеет непериодический характер в связи с тем, что в узлах чередуются ионы металлов и металлоидов.

Способ моделйрования формы потенциальной энергии можно осуществить следующим образом. Используют нелинейную зависимость динамической индуктивности Lg от тока накачки.

По обмоткам накачки пазонной системы пропускают ток i Hàêà÷êè сложной формы, которая определяется параметрами (структурой) оригинала . Рабочую точку на кривой Lg (i ) задают током 35 смещения. Выбранному режиму возбуждения модели будет соответствовать непериодическое изменение во времени динамической индуктивности.

Полученные теоретические экспери.ментальные результаты позволяют сделать следующие выводы.

На основе тождества амплитудного уравнения Шредингера и уравнений

Матье-Хилла и аналогий между явлениями процессы в пространственно-временной структуре с непериодичесКой потенциальной энергией можно моделировать. электрической структуро" состоя щей из пазонных систем и возбуждаемых негармонической накачкой.

Установленные соответствия переменнь1х и параметров указанных структур позволяют утверждать, что интегральная модуляция переменного параметра приводит к квантовопазонным эффектам обмена энергией между источником модуляции параметра и осциллятором (части цей, волной, колеба ниями и т.п,) ..

Принцип интегральной модуляции переменного параметра проявляется как меха низм, обеспечивающий взаимодействие продуктов колебания и волны периодической структуры с соответствующими значениями функции и внешними в здействиями. Системь: с переменными параметрами позволяют моделировать такие явления как сцерхпроводимость, в том числе и эффекты Джозефсона, процессы в плазме, твердом теле и др.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство значительно расширяют возможности известных устройств для моделирования различных явлений в структурах, что позволяет расширить наши знания как о макро-, так и о, ми к р оси ст ема х, формула изобретения

1. Способ моделирования явлений в пространственно-временной структуре, включающей интегральную модуляцию энергоемкого параметра пазонных систем электрической структуры, изменение интервала времени между экстремумами изменения параметра за период> при выполнении условий квантового пазонного резонанса возбуждают колебания в пазонных системах путей квантования и вложения энергии в средние собственные колебания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, выбирают пазонные системы и соединяют их между собой согласно структуре исследуемого оригинала, размещая пазонные системы в предполагаемые узлы решетки или центры неоднородностей, задают значения периода модуляции динамического энергоемкого параметра пазонных систем кратными значениями процессов между узлами решетки или центрами неоднородностей, а величины амплитуд динамических параметровпропорциональными амплитудам потенциальных энергий соответствующих узлов, задают значения обменных импульсов энергией, равными произведению значений тока резонансных контуров пазонных систем и скорости изменения динамического параметра, пропорциональными энергии частиц, значения частоты следования импульсов, кратными частотам колебаний частиц, .значе1554002

1О ния амплитуды и частоты средних собственных колебаний резонансных контуров пазонных систем пропорциональными соответствующим амплитудам и часто5 там волновых и роцессов в ори ги нале, по -выбранным параметрам электрической модели выбирают геометрические, электрические, энергетические параметры пазонных систем, возбуждают сложные 10 пазонные колебания в пространственновременной электрической структуре и осуществляют электродинамическое воспроизведение явлений в оригинале. !

2. Устройство для моделирования явлений в пространственно-временной структуре, содержащее буферный каскад, кварцевый генератор, сумматор и усилитель мощности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно содержит генератор псевдослучайной последовательности, генератор импульсов, переключатели, ждущие мультивибраторы с регулируемыми переменными резисторами, генератор низкочастотных колебаний, источник постоянного. смещения, электрическую модель, содержащую пазонные системы, и второй сумматор, причем генератор псевдослучайной последовательности и генератор импульсоа через первый переключатель соединены с буферным каскадом, выход которого через разделительные конденсаторы подключен к входам ждущих мультивиораторов, их выходы подключены к входам сумматора, выход сумматора через первый контакт второго переключателя подключен к усилителю мощности, переменные резисторы выходов которого через третий переключатель соединены с контурами накачки пазонных систем электрической модели, кварцевый генератор через усилитель подключен к второму контакту второго переключателя, генератор низкочастотных колебаний через четвертый переключатель и источник постоянного смещения подключен к другим контактам третьего переключателя, входы пазонных систем электрической модели через третий переключатель, источник постоянного смещения, четвертый переключатель подключены к генератору низкочастотных колебаний, выходы пазонных систем подключены к измерительным приборам и второму сумматору электрической модели.

1554002

Составитель В. Немцев

Техред A.Кравчук Корректор Н. Ревская

Редактор А. Ревин

Заказ 4 8 тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина", 191