Генератор хаотических колебаний
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических колебаний. Достигаемый технический результат - расширение возможностей регулирования параметров хаотического сигнала. Генератор хаотических колебаний содержит устройство с отрицательной проводимостью, два конденсатора, нелинейный элемент и катушку индуктивности, при этом рабочий участок вольт-амперной характеристики нелинейного элемента определен заданным уравнением. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний.
Известен генератор хаотических колебаний (А.Р. Волковский. Хаотический релаксационный генератор. Изв. вузов "Прикладная нелинейная динамика", 1994, Т. 2, 2, С.50), представляющий собой блокинг-генератор, в коллекторную цепь транзистора которого включен дополнительный конденсатор. Также известен генератор хаотических колебаний (А.С. Пиковский, М.И. Рабинович. Простой автогенератор со стохастическим поведением. Доклады Академии Наук СССР, 1978, Т.239, 2, С.302), содержащий туннельный диод, анод которого соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первым выводом устройства с отрицательным сопротивлением, второй вывод которого соединен с катодом туннельного диода, причем параллельно туннельному диоду и устройству с отрицательным сопротивлением подключены соответственно первый и второй конденсаторы. Недостатком этих генераторов хаотических колебаний является незначительная возможность изменения параметров генерируемых колебаний. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является генератор хаотических колебаний (N. Inaba, T. Saito and S. Mori. Chaotic Phenomena in a circuit with a negative resistance and ideal switch of diodes. // The transactions of the IECE, Vol.E70, N 8, August 1987, Fig.1), содержащий устройство с отрицательной проводимостью, первый вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и нелинейного элемента, второй вывод которого соединен с первыми выводами второго конденсатора и катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами первого конденсатора и устройства с отрицательной проводимостью. Недостатком этого генератора хаотических колебаний является ограниченная возможность изменения параметров генерируемого сигнала. Цель изобретения - расширение возможностей регулирования параметров хаотического сигнала. Цель изобретения достигается тем, что в генераторе хаотических колебаний, содержащем устройство с отрицательной проводимостью, первый вывод которого соединен с первыми выводами первого конденсатора и нелинейного элемента, второй вывод которого соединен с первыми выводами второго конденсатора и катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами первого конденсатора и устройства с отрицательной проводимостью, рабочий участок вольт-амперной характеристики нелинейного элемента определен уравнением














приведем систему (2) к безразмерному виду:

где

- безразмерная вольт-амперная характеристика нелинейного элемента. При этом исходная система уравнений, описывающая прототип:

где

- вольт-амперная характеристика нелинейного элемента в прототипе; U - граничное напряжение между средним и боковыми участками вольт-амперной характеристики нелинейного элемента в прототипе; g1 и g2 - дифференциальные проводимости соответственно среднего и боковых участков вольт-амперной характеристики нелинейного элемента в прототипе; введением безразмерных переменных

и безразмерного времени

приводится к уравнениям

где

- безразмерная вольт-амперная характеристика нелинейного элемента в прототипе,

Таким образом, описывающие заявленный генератор безразмерные уравнения (3) и описывающие прототип безразмерные уравнения (6) отличаются лишь нелинейными функциями S(y-z) и f(y-z). В составе безразмерной вольт-амперной характеристики S(y-z) можно выделить M+N+1 сегментов fk (см. фиг. 4), где k=-M...-1, 0, 1...N. Причем средний сегмент f0 идентичен безразмерной вольт-амперной характеристике f(y-z) нелинейного элемента в прототипе, а боковые сегменты могут быть получены перемещением среднего сегмента вдоль безразмерной нагрузочной прямой y-z на интервал [kc, kc], то есть уравнение любого бокового сегмента может быть выражено через уравнение среднего: fk(y-z)=f0(y-z+kc)-kc. Следовательно, в пределах k-го сегмента fk (при 1+(k-1)c< y-z <(k+1)c-1) динамику генератора можно описать локальной системой дифференциальных уравнений:

Если в системе уравнений (9) сделать замену переменных: xk=x+kc, zk=z-kc и учесть, что

(так как kc - константа, не зависящая от безразмерного времени


которая ничем не отличается от системы безразмерных дифференциальных уравнений (6), описывающих динамику прототипа, так как функция

в системе уравнений (10) идентична функции f(y-z) в прототипе. Следовательно, для каждого из сегментов fk безразмерной вольт-амперной характеристики S(y-z) условия возбуждения хаотических колебаний оказываются такими же, как в прототипе. Так как функция S(y-z) полностью состоит из таких сегментов, это утверждение справедливо в отношении этой функции в целом. Таким образом, для того, чтобы в заявленном генераторе произошло возбуждение хаотических колебаний, достаточно, чтобы значения коэффициентов А, В,













где R1 - значение сопротивлений первого 9 и второго 10 резисторов; R2 - сопротивление третьего резистора 12; R3 - значение сопротивлений четвертого 13 и пятого 14 резисторов; R4 - сопротивление резисторов 21, содержащихся в конверторах импеданса. При этом дифференциальные проводимости среднего и боковых участков каждого сегмента вольт-амперной характеристики нелинейного элемента равны соответственно


Граничные токи между участками вольт-амперной характеристики, имеющими различные дифференциальные проводимости, задаются генераторами токов, входящими в состав четырехполюсников. Если принять за положительное такое направление переменного тока i, протекающего через нелинейный элемент, когда он втекает в первый вывод этого элемента и вытекает из его второго вывода, то вольт-амперная характеристика нелинейного элемента будет соответствовать приведенному в формуле изобретения уравнению, если выходные токи генераторов тока, входящих в состав четырехполюсников, имеют указанные ниже значения. При М= N выходные токи третьего и четвертого генераторов тока 15 и 16 и выходные токи первых и вторых генераторов тока четырехполюсников 19 и 20 равны I1/2, где I1 - выходные токи генераторов тока 34 и 35, содержащихся в конверторах импеданса, исключая генераторы тока 34 и 35, содержащиеся в конверторе импеданса, входящем в состав второго четырехполюсника, выходные токи которых равны I2=(2...4)I1. Случай M>N отличается от случая M=N тем, что выходные токи вторых генераторов тока 20, содержащихся в 1+2(M-N)-ом и 2(1+M-N)-ом четырехполюсниках, равны

где

Случай N>M отличается от случая M=N тем, что выходные токи первых генераторов тока 19, содержащихся в 1+2(N-M)-ом и 2(1+N-M)-ом четырехполюсниках, равны


Первый 7 и второй 8 генераторы тока имеют одинаковые выходные токи, равные или большие 2I1[2+Max(M,N)]+2I2. Электронная перестройка режима колебаний от случая, соответствующего каким-либо одним значениям чисел М и N, к случаю, соответствующему другим значениям чисел М и N, осуществляется путем перестройки генераторов тока четырехполюсников. При этом количество четырехполюсников выбирается соответстветствующим наибольшим требуемым значениям чисел М и N. Чтобы перейти к режиму колебаний, соответствующему некоторым меньшим числам М* и N*, выходной ток второго генератора тока 20, входящего в состав 1+2(N-N*)-го четырехполюсника, и выходной ток первого генератора тока 19, входящего в состав 1+2(М-М*)-го четырехполюсника, устанавливаются равными


При этом нелинейный элемент работает следующим образом. Эквивалентная проводимость GЭ нелинейного элемента приблизительно равна

где g0 - эквивалентная проводимость последовательно включенных четырехполюсников 17 со стороны первого и второго выводов первого четырехполюсника. Когда напряжение u между выводами нелинейного элемента лежит в пределах интервала [-U0, U0] , g0




При этом рабочая точка перемещается на один из боковых участков сегмента f0. Когда значение напряжения u выходит за границы интервала [-(c-1)U0, (c-1)U0] , запирается первый 22 или второй 23 транзистор конвертора импеданса, входящего в состав 1+2Max(M,N)-гo четырехполюсника, проводимости g0 и GЭ приобретают значения g0


g0

и

а рабочая точка перемещается на внешний по отношению к началу координат боковой участок сегмента f1 или f-1, и так далее. При уменьшении величины напряжения u все повторяется в обратном порядке. Повышенная температурная стабильность генерируемого хаотического сигнала обусловлена тем, что эквивалентная проводимость устройства с отрицательной проводимостью и вольт-амперная характеристика нелинейного элемента практически не зависят от параметров транзисторов вследствие взаимной компенсации эмиттерных сопротивлений транзисторов 22 и 24, 23 и 29, 25 и 26, 30 и 31 в каждом конверторе импеданса. Хаотические колебания в уравнениях (10), характеризующиеся движением рабочей точки в пределах всех трех участков каждого сегмента вольт-амперной характеристики нелинейного элемента, происходят, в частности, при А







R1







Формула изобретения

где i - ток, протекающий между выводами нелинейного элемента под действием приложенного к ним напряжения u;
G - абсолютное значение эквивалентной отрицательной проводимости устройства с отрицательной проводимостью;
Uо - граничное напряжение между средним и сопредельными с ним боковыми участками вольт-амперной характеристики нелинейного элемента;







M и N - целые неотрицательные числа. 2. Генератор хаотических колебаний по п.1, отличающийся тем, что устройство с отрицательной проводимостью содержит первый конвертор импеданса, первый и второй входные выводы которого, являющиеся соответствующими первым и вторым выводами устройства с отрицательной проводимостью, соединены с выходами соответственно первого и второго генераторов тока, общие шины которых соединены с первой шиной питания, первый и второй нагрузочные выводы первого конвертора импеданса соединены с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной, нелинейный элемент содержит второй конвертор импеданса, первый и второй входные выводы которого, являющиеся соответственно первым и вторым выводами нелинейного элемента, соединены с соответствующими первым и вторым выводами третьего резистора, первый и второй нагрузочные выводы второго конвертора импеданса соединены через соответствующие четвертый и пятый резисторы соответственно с первым и вторым выводами первого из 2+2 Max (M, N) последовательно включенных четырехполюсников, где Мах (М, N) - большее из чисел М и N, причем третий и четвертый выводы каждого предыдущего четырехполюсника соединены соответственно с первым и вторым выводами последующего четырехполюсника, третий и четвертый выводы последнего, 2+2 Мах (М, N)-го, четырехполюсника соединены с выходами соответствующих третьего и четвертого генераторов тока, общие шины которых соединены со второй шиной питания, каждый четырехполюсник содержит конвертор импеданса, первый и второй входные выводы которого, являющиеся соответственно первым и вторым выводами четырехполюсника, соединены с выходами соответствующих первого и второго генераторов тока четырехполюсника, общие шины которых соединены с первой шиной питания, первый и второй нагрузочные выводы конвертора импеданса, являющиеся соответственно третьим и четвертым выводами четырехполюсника, соединены с соответствующими первым и вторым выводами резистора, каждый конвертор импеданса содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым нагрузочными выводами конвертора импеданса, коллектор первого транзистора соединен с эмиттером третьего транзистора, коллектор которого, являющийся первым входным выводом конвертора импеданса, соединен с базой и коллектором четвертого транзистора, эмиттер которого соединен с базой третьего транзистора и коллектором пятого транзистора, база которого соединена с эмиттером шестого транзистора, база и коллектор которого соединены с эмиттером седьмого транзистора, база и коллектор которого соединены с коллектором второго транзистора и эмиттером восьмого транзистора, коллектор которого, являющийся вторым входным выводом конвертора импеданса, соединен с базой и коллектором девятого транзистора, эмиттер которого соединен с базой восьмого транзистора и коллектором десятого транзистора, база которого соединена с эмиттером одиннадцатого транзистора, база и коллектор которого соединены с эмиттером двенадцатого транзистора, база и коллектор которого соединены с коллектором первого транзистора, базы первого и второго транзисторов соединены с эмиттерами соответственно пятого и десятого транзисторов и выходами соответственно первого и второго генераторов тока конвертора импеданса, общие шины которых соединены со второй шиной питания.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Похожие патенты:
Генератор гиперхаотических колебаний // 2207708
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний
Генератор хаотических колебаний // 2207707
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний
Генератор случайных сигналов // 2205495
Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума и помех в широком диапазоне частот
Изобретение относится к области радиотехники
Генератор случайных сигналов // 2201649
Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума или помех в заданном диапазоне частот
Генератор случайных сигналов // 2194356
Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума и помех в широком диапазоне частот
Генератор 1/f-шума // 2189107
Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в измерительной технике при моделировании различных радиоэлектронных систем
Изобретение относится к способу и системе для уменьшения шума реактивного двигателя, конкретно к подавлению акустических волн, создаваемых реактивным двигателем, заставляя при этом плазму внутри двигателя распространять акустическую интерференционную волну
Способ генерирования широкополосного шума // 2185020
Изобретение относится к средствам генерации широкополосного электромагнитного излучения в широком диапазоне частот и может быть использовано для защиты информации от утечки по радиоканалу
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах охраны
Генератор хаотических колебаний // 2207710
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний
Генератор случайных сигналов // 2208288
Изобретение относится к радиотехнике и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов видеочастотного и высокочастотного шума или помех в заданном диапазоне частот
Широкополосный цифровой генератор шума // 2208289
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах защиты информации для создания маскирующего шума
Генератор хаотических колебаний // 2208897
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний
Генератор хаотических колебаний // 2208898
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний
Генератор гиперхаотических колебаний // 2208899
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний
Генератор хаотических колебаний // 2209503
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний
Двухуровневый генератор шума // 2214035
Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в качестве меры шумовой температуры при точных шумовых измерениях: малых уровней шумовой температуры источников сигналов, малых потерь и шумовых параметров четырехполюсников, а также для встроенного контроля в радиосистемах различного назначения
Генератор хаотических колебаний // 2220497
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний
Способ формирования шумовых помех // 2220508
Изобретение относится к радиотехнике и радиоэлектронике и может быть использовано в генераторах колебаний со сложной структурой энергетического спектра при испытаниях и исследованиях помехоустойчивости систем различного назначения