Хаотические колебания. Виды генераторов хаотических колебаний. Шумотрон
Хаотические колебания – это неупорядоченные движения, возникающие в детерминированных системах различной природы, которые не связаны с воздействием на данные системы случайных внешних сил, в том числе, шумов.
Хаотические колебания представляют собой особый класс движений, как правило, связанный с состоянием - странный аттрактор.
Странный аттрактор – это притягивающее множество целых неустойчивых траекторий в фазовом пространстве диссипативной динамической системы.
Самыми распространенными генераторами хаотических колебаний являются:
- Шумотроны.
- Микрополосковые генераторы хаотических колебаний.
- Генераторы хаотических колебаний на сосредоточенных элементах, к которым относятся генераторы хаоса на основе схемы Колпица, а также генераторы с одним напряжением питания и печатными индуктивностями.
- Генераторы хаотических колебаний на основе чип-усилителей.
- Генераторы хаотических колебаний на наноструктурах.
Разработка генераторов хаоса сверхвысокочастотных и радиочастотных диапазонов началась в 60-х годах прошлого века. В самых первых устройствах в качестве активного элемента применялись лампы бегущей волны, а сам прибор называется шумотрон. После его создания была доказана возможность генерации хаотических колебаний в приборах на основе ламп обратной связи и прочих вакуумных приборов. В Советском Союзе основное назначение шумотрона заключалось в глушении зарубежных вещательных радиостанций.
Генератор Колпитца. Генератор Хартли
Генератор хаотических колебаний Колпитца представляет собой электронную схему, особенность которой заключается в том, что сигнал в цепь обратной связи поступает от делителя напряжения на конденсаторах. Данный прибор применяется для генерации колебаний синусоидальной формы на радиочастотах. В 90-х годах прошлого века было установлено, что в определенной области параметров генератор Колпитца может демонстрировать хаотическое поведение, которое связано с присутствием странного аттрактора в фазовом пространстве. Схема генератора хаотических колебаний Колпитца относительно простая и может быть реализована разных диапазонах частот единицы герца до микроволновой области. Благодаря этому, он может рассматриваться, как самое подходящее устройство для коммуникации, которая осуществляется на основе хаотического движения.
В генераторах Колпитца используется комбинация индуктивности и емкостей для определения частоты. На рисунке ниже представлены примеры схемы простого генератора Колпитца с упрощенными цепями смещения (общая база).
Рисунок 1. Схема простого генератора Колпитца с упрощенными цепями смещения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 2. Схема простого генератора Колпитца с упрощенными цепями смещения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Для первой выше представленной схемы, идеальная частота может быть рассчитана по следующей формуле:
$f0 = 1 / (2*п*√(L*(C1*C2)/(C1+C2))$
где: L - индуктивность; С1 и С2 - емкости; п = 3,14
Генераторы Колпитца, в зависимости от схемы усилительного каскада делятся на:
- Генераторы на каскаде с общей базой.
- Генераторы на каскаде с общим эмиттером.
- Генераторы на каскаде с общим коллектором.
Самой высокочастотной схемой генераторов комплекса является схема на каскаде с общей базой (выше представленные рисунки). Каскад с общей базой не двигает базу. Контур LC1C2 полностью подключается к коллектору, при этом полное включение контура никак не сдвигает базу. Эмиттер подключается к контуру через среднюю точку емкостного делителя напряжения с перекосом фазы. В том случае, когда C1=С2 петлевой сдвиг и перекос фазы составляет 45 градусов. При наличии в схеме резистора, из-за сдвига на 60 градусов создается RC-цепь, способствующая усложнению вычисления результирующего сдвига.
Генератор Хартли представляет собой электронный LC-генератор, где положительная обратная связь получается от отвода части индуктивной катушки параллельно LC-контура. Данный генератор был разработан и предложен Ральфом Хартли, подавшем заявку на патент в 1915 году и получившем его в 1926 году. Существует три разновидности генератора Хартли, отличающиеся друг от друга схемой усилительного каскада. Каскады могут быть с анодом, истоком (общий коллектор); с затвором, сеткой (общая база); катодом, стоком (общий эмиттер). На рисунке ниже представлен пример схемы генератора Хартли на полевом транзисторе.
Рисунок 3. Схема генератора Хартли на полевом транзисторе. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Каскад с общим истоком в генераторах Хартли на полевом транзисторе не сдвигает фазу. В цепь затвора колебательный контур включается без перекоса фазы, а в цепях стока применяется частичное включение контура, которое в случае отвода от середины катушки имеет перекос в 45 градусов, также, как и петлевой сдвиг. Однако, при таком включении контур шунтируется, поэтому коэффициент включения уменьшают. В таком случае перекос фазы и петлевой сдвиг могут увеличиваться до 90 градусов, положительный запас устойчивости по фазе снижается, и генерация прерывается, что приводит к необходимости компромиссного включения.
