ГЕНЕРАТОР ХАОТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2003 года по МПК H03B29/00 

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, v. E 70, 8, p.744), содержащий устройство с отрицательным сопротивлением, первый вывод которого соединен с первыми выводами первой емкости и нелинейного резистора, второй вывод соединен с вторым выводом первой емкости и первыми выводами второй емкости и индуктивности, вторые выводы которых соединены с вторым выводом нелинейного резистора.

Также известен генератор хаотических колебаний (А.С. Пиковский, М.И. Рабинович. Простой автогенератор с 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 объекту является генератор хаотических колебаний (S. Elgar, M.P. Kennedy. Bispectral analysis of Chua's circuit//Chua's circuit: A paradigm for chaos. - London: World scientific, 1993, p. 894-896.), содержащий резистор, первый вывод которого соединен с первыми выводами устройства с отрицательной проводимостью и первого конденсатора, вторые выводы которых соединены с первыми выводами второго конденсатора и катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с первым выводом резистора.

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 резистор, первый вывод которого соединен с первыми выводами устройства с отрицательной проводимостью и первого конденсатора, вторые выводы которых соединены с первыми выводами второго конденсатора и катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с первым выводом резистора, рабочий участок вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью определен уравнением

где i - ток, протекающий между выводами устройства с отрицательной проводимостью под действием приложенного к ним напряжения u, G - проводимость резистора, U₀ - граничное напряжение между средним и боковыми участками вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью в прототипе, а и b - константы, удовлетворяющие соотношениям а<-1, -1<b<0,

М и N - целые неотрицательные числа, которые не могут быть одновременно равны нулю.

С целью обеспечения возможности электронного регулирования параметров генерируемого сигнала устройство с отрицательной проводимостью содержит линейный конвертор импеданса, первый и второй входные выводы которого, являющиеся соответственно первым и вторым выводами устройства с отрицательной проводимостью, соединены с соответствующими первыми и вторыми выводами параллельно соединенных ключевых двухполюсников, количество которых равно большему из чисел М и N, первый и второй нагрузочные выводы линейного конвертора импеданса соединены с соответствующими первыми и вторыми выводами параллельно соединенных ключевых двухполюсников, количество которых на единицу превышает большее из чисел М и N, и первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной, при этом каждый ключевой двухполюсник содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых соединены через соответствующие резисторы соответственно с первым и вторым выводами ключевого двухполюсника, первый и второй генераторы тока, выходы которых соединены с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, третий генератор тока, выход которого соединен с коллекторами и базами третьего и четвертого транзисторов, эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором первого транзистора и базой второго транзистора, эмиттер четвертого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и базой первого транзистора, общие шины первого и второго генераторов тока соединены с второй шиной питания, общая шина третьего генератора тока соединена с первой шиной питания.

Для обеспечения повышенной точности преобразования импеданса нагрузки в отрицательное сопротивление, линейный конвертор импеданса содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым нагрузочными выводами линейного конвертора импеданса, базы первого и второго транзисторов соединены с выходами соответственно первого и второго генераторов тока и эмиттерами соответственно третьего и четвертого транзисторов, базы которых соединены с выходами соответственно третьего и четвертого генераторов тока и первыми выводами соответственно первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с эмиттерами соответственно пятого и шестого транзисторов, база шестого транзистора соединена с коллектором первого транзистора и эмиттером седьмого транзистора база и коллектор которого, являющиеся первым входным выводом линейного конвертора импеданса, соединены с коллектором третьего транзистора и выходом пятого генератора тока, база пятого транзистора соединена с коллектором второго транзистора и эмиттером восьмого транзистора, база и коллектор которого, являющиеся вторым входным выводом линейного конвертора импеданса, соединены с коллектором четвертого транзистора и выходом шестого генератора тока, коллекторы пятого и шестого транзисторов соединены с первой шиной питания и общими шинами пятого и шестого генераторов тока, общие шины первого, второго, третьего и четвертого генераторов тока соединены с второй шиной питания.

Заявляемый генератор хаотических колебаний поясняется фиг.1, на которой приведена его схема электрическая принципиальная, фиг.2, на которой приведена электрическая схема ключевых двухполюсников, входящих в состав генератора хаотических колебаний, фиг.3, на которой показано распределение токов и напряжений в схеме генератора при его работе, фиг.4, на которой изображена нормированная вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью при M=N=2, фиг.5 и фиг.6, на которых изображены примеры проекции безразмерного странного аттрактора на плоскость (x, z), соответствующие случаям М=0, N=1 (фиг.5) и M=N=2 (фиг.6), а также фиг.7 и фиг.8, на которых показаны примеры зависимости безразмерной переменной х от времени, соответствующие случаям M=0, N=1 (фиг.7) и M=N=2 (фиг.8).

Генератор хаотических колебаний содержит резистор 1, устройство с отрицательной проводимостью 2, первый 3 и второй 4 конденсаторы и катушку индуктивности 5, причем устройство с отрицательной проводимостью содержит линейный конвертор импеданса 6, первый 7 и второй 8 резисторы, ключевые двухполюсники 9, подключенные к входным выводам линейного конвертора импеданса, и ключевые двухполюсники 10, подключенные к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, каждый ключевой двухполюсник содержит резисторы 11 и 12, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 транзисторы, первый 17, второй 18 и третий 19 генераторы тока, линейный конвертор импеданса содержит первый 20, второй 21, третий 22, четвертый 23, пятый 24, шестой 25, седьмой 26 и восьмой 27 транзисторы, первый 29, второй 30, третий 31, четвертый 32, пятый 33 и шестой 34 генераторы тока, первый 35 и второй 36 резисторы.

Чтобы найти условия генерирования хаотических колебаний в заявленном генераторе запишем уравнения, описывающие его динамику (см. фиг.3)

где G - проводимость резистора 1; L - индуктивность катушки индуктивности 5; С1 и С2 - емкости первого 3 и второго 5 конденсаторов, соответственно; u - переменное напряжение на первом конденсаторе 3 и устройстве с отрицательной проводимостью 2, u_С2 - переменное напряжение на втором конденсаторе 4; i_L - переменный ток, протекающий через катушку индуктивности 5; i(u) - вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью 2.

Разрешив уравнения (1) относительно


и

получим следующую систему дифференциальных уравнений:

Вводя безразмерные переменные



и безразмерное время

приведем систему (2) к следующему виду:

где



безразмерная вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью.

Полученная система уравнений (3) отличается от безразмерной системы уравнений, описывающих динамику прототипа только видом нелинейности функции S(x).

В составе безразмерной вольт-амперной характеристики S(x) можно выделить M+N+1 сегментов f_k (см. фиг.3), где k=-М...-1,0,1...N. Причем средний сегмент f₀ идентичен безразмерной нормированной вольт-амперной характеристике

устройства с отрицательной проводимостью в прототипе, а боковые сегменты могут быть получены перемещением среднего сегмента вдоль безразмерной нагрузочной прямой -х на интервал [kd, kd], то есть уравнение любого бокового сегмента может быть выражено через уравнение среднего: f_k(x)=f₀(x+kd)+kd. Следовательно в пределах k-гo сегмента f_k (при 1+(k-1)d<x<(k+1)d-1) динамику генератора можно описать локальной системой дифференциальных уравнений

Если в системе уравнений (4) сделать замену переменных: x_k=x+kd, z_k=z-kd, и учесть, что


(так как kd - константа, не зависящая от безразмерного времени τ), получим систему

которая ничем не отличается от системы безразмерных дифференциальных уравнений (11), описывающих динамику прототипа, так как функция

и коэффициенты A, B, a, b в системе (5) идентичны функции f(x) и коэффициентам α,β, a, b соответственно в безразмерных уравнениях (11), описывающих прототип.

Следовательно для каждого из сегментов f_k безразмерной вольт-амперной характеристики S(x) условия возбуждения хаотических колебаний оказываются такими же как в прототипе. Так как функция S(x) полностью состоит из таких сегментов, это утверждение относится и к этой функции в целом.

Подобно функции f(x) в прототипе, каждый сегмент f_k состоит из среднего и двух боковых участков, причем два соседних сегмента имеют общий боковой участок (см. фиг.4). Когда рабочая точка находится в пределах бокового участка, принадлежащего одновременно двум соседним сегментам, динамику системы можно описать одновременно двумя локальными системами уравнений, соответствующими этим соседним сегментам. Но при значениях коэффициентов А, В, а, b, соответствующих странному аттрактору типа двойного завитка, каждая такая система уравнений определяет движение рабочей точки в пределах всех трех участков своего сегмента. Поэтому рабочая точка, находящаяся на общем боковом участке соседних сегментов может с течением времени перейти на второй боковой участок как одного, так и другого соседних сегментов. В результате в системе (3) рабочая точка перемещается в пределах всех сегментов функции S(x), что при прочих равных условиях увеличивает размеры странного аттрактора в заявляемом генераторе в

раз по сравнению с прототипом (см. фиг.5 и 6).

А это дает дополнительную, по сравнению с прототипом, возможность регулирования параметров генерируемого хаотического сигнала путем изменения геометрии странного аттрактора при варьировании числа сегментов вольт-амперной характеристики.

Таким образом, при подаче напряжений питания на схему устройства с отрицательной проводимостью рабочая точка занимает исходное положение на пересечении нагрузочной прямой с одним из боковых участков какого-либо сегмента вольт-амперной характеристики. Так как в фазовом пространстве системы (3) такому положению рабочей точки соответствует неустойчивая особая точка типа седло-фокус, в генераторе возникают хаотические автоколебания. При этом рабочая точка движется в пределах всех M+N+1 сегментов рабочего участка вольт-амперной характеристики.

Условием такой работы заявленного генератора хаотических колебаний является соответствие значений коэффициентов А, В, а, b такому режиму хаотических колебаний в уравнениях (5), который характеризуется странным аттрактором типа двойного завитка. Иными словами, - соответствие значений его параметров - проводимости резистора, индуктивности катушки индуктивности, емкостей первого и второго конденсаторов - хаотическим колебаниям в прототипе, характеризующимся странным аттрактором типа двойного завитка, при том, что


где m₁ и m₀ - дифференциальные проводимости соответственно среднего и боковых участков вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью в прототипе, соответствующие режиму хаотических колебаний, характеризующемуся странным аттрактором типа двойного завитка. Так как описывающие заявленный генератор локальные системы безразмерных уравнений (5) идентичны безразмерным уравнениям (11), описывающим прототип, данные значения коэффициентов А, В, a, b и параметров заявленного генератора известны из свойств прототипа (см. , например, L.O. Chua, M. Komuro, T. Matsumoto. The double scroll family // IEEE Transactions on circuits and systems, v. Cas-33, 11, November 1986).

При идентичности всех транзисторов устройство с отрицательной проводимостью на фиг. 1 и 2 имеет приведенную в формуле изобретения вольт-амперную характеристику, если G1≈-2bG, G2≈2(b-a)G, где G1 - значение проводимостей резисторов 7, 8, включенных между нагрузочными выводами линейного конвертора импеданса и общей шиной; G2 - значение проводимостей резисторов 11, 12, входящих в состав ключевых двухполюсников. При этом дифференциальные проводимости среднего и боковых участков каждого сегмента вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью равны соответственно

и

Граничные токи между участками вольт-амперной характеристики, имеющими различные дифференциальные проводимости, задаются генераторами токов, входящими в состав ключевых двухполюсников.

Если принять за положительное такое направление переменного тока i, протекающего через устройство с отрицательной проводимостью, когда он втекает в первый вывод этого устройства и вытекает из его второго вывода, то вольт-амперная характеристика устройства с отрицательной проводимостью будет соответствовать приведенному в формуле изобретения уравнению, если выходные токи генераторов тока, входящих в состав ключевых двухполюсников, имеют указанные ниже значения.

При М= N выходные токи первых и вторых генераторов тока, содержащихся в ключевых двухполюсниках 9, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, равны

где р - номер ключевого двухполюсника, подключенного к входным выводам линейного конвертора импеданса; выходные токи первых и вторых генераторов тока, содержащихся в ключевых двухполюсниках 10, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, равны

где q - номер ключевого двухполюсника, подключенного к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса.

Случай M>N отличается от случая M=N тем, что выходные токи первых генераторов тока, входящих в состав с 1+N по М ключевых двухполюсников 9, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и выходные токи вторых генераторов тока, входящих в состав с 2+N по 1+М ключевых двухполюсников 10, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, выбираются на

большими

наибольшего из выходных токов первых генераторов тока, содержащихся в ключевых двухполюсниках 10, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса.

Случай N>M отличается от случая M=N тем, что выходные токи вторых генераторов тока, входящих в состав с 1+M по N ключевых двухполюсников 9, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и выходные токи первых генераторов тока, входящих в состав с 2+М по 1+N ключевых двухполюсников 10, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, выбираются на

большими

наибольшего из выходных токов вторых генераторов тока, содержащихся в ключевых двухполюсниках 10, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса.

При этом в каждом ключевом двухполюснике выходной ток третьего генератора тока равен сумме выходных токов первого и второго генераторов тока.

Ключевые двухполюсники, подключенные к входным выводам линейного конвертора импеданса, имеют номера, начиная с единицы и заканчивая Max(M, N), где Max(M, N) - большее из чисел М и N. Ключевые двухполюсники, подключенные к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, имеют номера, начиная с единицы и заканчивая 1+Max(M, N).

Электронное управление числом сегментов вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью осуществляется путем перестройки генераторов тока ключевых двухполюсников. При этом количество ключевых двухполюсников должно соответствовать наибольшему требуемому числу сегментов вольт-амперной характеристики. Для уменьшения числа сегментов выходные токи первого и второго генераторов тока, содержащихся в ключевых двухполюсниках, избыточных по отношению к данному меньшему числу сегментов вольт-амперной характеристики, устанавливаются на

большими максимального выходного тока первых и вторых генераторов тока, содержащихся в ключевых двухполюсниках, обеспечивающих формирование вольт-амперной характеристики, имеющей данное меньшее число сегментов.

При этом устройство с отрицательной проводимостью работает следующим образом.

При идентичности транзисторов, равенстве сопротивлений резисторов 35 и 36 и одинаковых значениях выходных токов генераторов тока 29 и 30, 31 и 32, 33 и 34, линейный конвертор импеданса обеспечивает преобразование проводимости нагрузки во входную эквивалентную отрицательную проводимость с относительной погрешностью порядка

где β_T - коэффициент передачи транзисторов по току в схеме с общим эмиттером. Причем выходные токи генераторов тока 33 и 34, определяющие границы рабочего участка вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью по току, должны быть не менее

где I_П1 - выходной ток генераторов тока 29 и 30, а выходные токи генераторов тока 31 и 32, определяющие границы рабочего участка вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью по напряжению, - не менее 2I_грR_ПG, где R_П - значение сопротивлений резисторов 35 и 36.

В случае идентичности транзисторов, входящих в состав ключевых двухполюсников, вольт-амперная характеристика k-го ключевого двухполюсника может быть аппроксимирована уравнением

где i_кd - ток, втекающий в первый вывод ключевого двухполюсника и вытекающий из его второго вывода под действием приложенного к ключевому двухполюснику напряжения u_кд, g_отп и g_зап - дифференциальные проводимости соответственно отпертого и запертого ключевого двухполюсника,

и

граничные напряжения между средним и боковыми участками вольт-амперной характеристики k-гo ключевого двухполюсника, I_1k и I_2k - выходные токи соответственно первого и второго генераторов тока, содержащихся в этом ключевом двухполюснике.

Среднему участку вольт-амперной характеристики ключевого двухполюсника соответствует такое значение приложенного к нему напряжения, когда все транзисторы работают в активном режиме. При этом, вследствие взаимной компенсации эмиттерных сопротивлений транзисторов 13 и 15, а также 14 и 16, дифференциальная проводимость k-гo ключевого двухполюсника g_oтп приблизительно равна

Боковым участкам соответствует запирание первого 13 или второго 14 транзистора ключевого двухполюсника. В этом случае дифференциальная проводимость ключевого двухполюсника g_зап определяется весьма малой проводимостью обратносмещенного эмиттерного р-n-перехода транзистора 13 или транзистора 14.

Таким образом, работа ключевого двухполюсника характеризуется тем, что, в зависимости от величины приложенного к нему напряжения, он может находиться в двух состояниях: отпертом, которому соответствует средний участок его вольт-амперной характеристики, имеющий дифференциальную проводимость

и запертом, которому соответствуют боковые участки вольт-амперной характеристики, с дифференциальной проводимостью g_зап, которая много меньше G1 и G2.

Эквивалентная дифференциальная проводимость устройства с отрицательной проводимостью равна сумме дифференциальных проводимостей ключевых двухполюсников 9, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и взятой с обратным знаком суммарной проводимости ключевых двухполюсников 10 и проводимости последовательно включенных резисторов 7 и 8, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса. Устройство с отрицательной проводимостью содержит Max(M, N) ключевых двухполюсников 9, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и 1+Max(M, N) ключевых двухполюсников 10, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса.

Поэтому при малых значениях приложенного к выводам устройства с отрицательной проводимостью напряжения u, не выходящих за пределы интервала [-U₀, U₀], когда все ключевые двухполюсники отперты и имеют дифференциальную проводимость

эквивалентная отрицательная проводимость устройства с отрицательной проводимостью приблизительно равна

В это время рабочая точка находится в пределах среднего участка сегмента f₀, безразмерной вольт-амперной характеристики S(x). При выходе значения напряжения и за пределы интервала [-U₀, U₀], запирается первый ключевой двухполюсник, подключенный к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса. Так как проводимость запертого ключевого двухполюсника много меньше проводимостей G1 и G2, эквивалентная проводимость устройства с отрицательной проводимостью станет равной приблизительно

а рабочая точка перейдет на один из боковых участков сегмента f₀. Если абсолютное значение напряжения на выводах устройства с отрицательной проводимостью превысит U₀(d-1), запирается первый ключевой двухполюсник, подключенный к входным выводам линейного конвертора импеданса. В результате эквивалентная проводимость устройства с отрицательной проводимостью уменьшится на

и станет равна приблизительно

а рабочая точка переместится, в зависимости от знака напряжения u, на средний участок сегмента f₁ или сегмента f_-1. При дальнейшем изменении напряжения u, когда оно выйдет за границы интервала [-U₀(d+1), U₀(d+1)], произойдет запирание еще одного ключевого двухполюсника - второго, подключенного к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса. При этом эквивалентная дифференциальная проводимость устройства с отрицательной проводимостью возрастет на

до значения

а рабочая точка переместится на внешний по отношению к началу координат боковой участок сегмента f₁ или f_-1, и так далее. При уменьшении величины напряжения, приложенного к выводам устройства с отрицательной проводимостью, все повторяется в обратном порядке.

Хаотические колебания с странным аттрактором типа двойного завитка в уравнениях (5) происходят, в частности, при A≈10, В≈15, a≈-1,56, b≈-0,72.

Если принять G=1 мСм, L=6,7 мГн, то хаотические колебания в заявленном генераторе будут наблюдаться при
C2=BLG²≈100 нФ,

G2≈-2bG≈1.44 мСм,
G2≈2(b-a)G≈1.7 мСм.

Соответствующие этим значениям параметров генератора примеры безразмерного странного аттрактора при М=0, N=1 и при M=N=2 показаны на фиг.5 и 6 соответственно. На фиг. 7 и 8 приведены соответствующие им примеры зависимости безразмерной переменной х от времени.

В случае М=0, N=1 устройство с отрицательной проводимостью содержит один ключевой двухполюсник, подключенный к входным выводам линейного конвертора импеданса, и два ключевых двухполюсника, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, в случае М=N=2 - два ключевых двухполюсника, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и три ключевых двухполюсника, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса.

Приведенным выше значениям коэффициентов а и b соответствует d≈6. Пусть U₀=0,5 B. При этом в случае М=0, N=1 выходные токи первого и второго генераторов тока, содержащихся в первом ключевом двухполюснике, подключенном к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, равны I₀≈0,4 мА. Выходные токи второго генератора тока, входящего в состав ключевого двухполюсника, подключенного к входным выводам линейного конвертора импеданса, и первого генератора тока, входящего в состав второго ключевого двухполюсника, подключенного к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, приблизительно равны соответственно 5I₀=2 мА и 7I₀=2,8 мА, а выходные токи первого генератора тока, входящего в состав ключевого двухполюсника, подключенного к входным выводам линейного конвертора импеданса, и второго генератора тока, входящего в состав второго ключевого двухполюсника, подключенного к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, должны быть не менее 2,8 мА+1,5(d-1)I₀≈5,8 мА.

В случае M= N= 2 устройство с отрицательной проводимостью содержит два ключевых двухполюсника, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и три ключевых двухполюсника, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса. Выходные токи первого и второго генераторов тока, содержащихся в первом ключевом двухполюснике, подключенном к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, первом ключевом двухполюснике, подключенном к входным выводам линейного конвертора импеданса, втором ключевом двухполюснике, подключенном к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, втором ключевом двухполюснике, подключенном к входным выводам линейного конвертора импеданса, и третьем ключевом двухполюснике, подключенном к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, приблизительно равны соответственно I₀= 0,4 мА, 5I₀=2 мА, 7I₀=2,8 мA, 11I₀=4,4 мA и 13I₀=5,2 мA.

Чтобы в генераторе хаотических колебаний, имеющем устройство с отрицательной проводимостью, содержащее два ключевых двухполюсника, подключенных к входным выводам линейного конвертора импеданса, и три ключевых двухполюсника, подключенных к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, осуществить электронную перестройку от случая M=N=2 к случаю М=0, N=1, необходимо увеличить выходные токи первых и вторых генераторов тока, содержащихся во втором ключевом двухполюснике, подключенном к входным выводам линейного конвертора импеданса, и третьем ключевом двухполюснике, подключенном к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, а также выходные токи второго генератора тока, входящего в состав первого ключевого двухполюсника, подключенного к входным выводам линейного конвертора импеданса, и первого генератора тока, входящего в состав второго ключевого двухполюсника, подключенного к нагрузочным выводам линейного конвертора импеданса, до значений, равных или больших 5,8 мА.

Таким образом, предложенный генератор хаотических колебаний выгодно отличается от прототипа и аналогов тем, что обеспечивает дополнительную, по сравнению с ними, возможность регулирования параметров генерируемого хаотического сигнала путем изменения геометрии странного аттрактора при варьировании числа сегментов вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат: расширение возможностей регулирования параметров хаотического сигнала. Генератор хаотических колебаний содержит устройство с отрицательной проводимостью, резистор, катушку индуктивности и два конденсатора, при этом рабочий участок вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью определен заданным уравнением. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Генератор хаотических колебаний, содержащий резистор, первый вывод которого соединен с первыми выводами устройства с отрицательной проводимостью и первого конденсатора, вторые выводы которых соединены с первыми выводами второго конденсатора и катушки индуктивности, вторые выводы которых соединены с первым выводом резистора, отличающийся тем, что рабочий участок вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью определен уравнением

где i - ток, протекающий между выводами устройства с отрицательной проводимостью под действием приложенного к ним напряжения u;
G - проводимость резистора;
U₀ - напряжение, определяющее границы среднего, проходящего через начало координат, участка вольт-амперной характеристики устройства с отрицательной проводимостью, a и b - константы, удовлетворяющие соотношениям а < -1, -1 < b < 0,

М и N - целые неотрицательные числа. 2. Генератор хаотических колебаний по п.1, отличающийся тем, что устройство с отрицательной проводимостью содержит линейный конвертор импеданса, первый и второй входные выводы которого, являющиеся соответственно первым и вторым выводами устройства с отрицательной проводимостью, соединены с соответствующими первыми и вторыми выводами параллельно соединенных ключевых двухполюсников, количество которых равно большему из чисел М и N, первый и второй нагрузочные выводы линейного конвертора импеданса соединены с соответствующими первыми и вторыми выводами параллельно соединенных ключевых двухполюсников, количество которых на единицу превышает большее из чисел М и N, и первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной, при этом каждый ключевой двухполюсник содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых соединены через соответствующие резисторы соответственно с первым и вторым выводами ключевого двухполюсника, первый и второй генераторы тока, выходы которых соединены с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, третий генератор тока, выход которого соединен с коллекторами и базами третьего и четвертого транзисторов, эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором первого транзистора и базой второго транзистора, эмиттер четвертого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и базой первого транзистора, общие шины первого и второго генераторов тока соединены со второй шиной питания, общая шина третьего генератора тока соединена с первой шиной питания. 3. Генератор хаотических колебаний по п.2, отличающийся тем, что линейный конвертор импеданса содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются соответственно первым и вторым нагрузочными выводами линейного конвертора импеданса, базы первого и второго транзисторов соединены с выходами соответственно первого и второго генераторов тока и эмиттерами соответственно третьего и четвертого транзисторов, базы которых соединены с выходами соответственно третьего и четвертого генераторов тока и первыми выводами соответственно первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с эмиттерами соответственно пятого и шестого транзисторов, база шестого транзистора соединена с коллектором первого транзистора и эмиттером седьмого транзистора, база и коллектор которого, являющиеся первым входным выводом линейного конвертора импеданса, соединены с коллектором третьего транзистора и выходом пятого генератора тока, база пятого транзистора соединена с коллектором второго транзистора и эмиттером восьмого транзистора, база и коллектор которого, являющиеся вторым входным выводом линейного конвертора импеданса, соединены с коллектором четвертого транзистора и выходом шестого генератора тока, коллекторы пятого и шестого транзисторов соединены с первой шиной питания и общими шинами пятого и шестого генераторов тока, общие шины первого, второго, третьего и четвертого генераторов тока соединены со второй шиной питания.