Способ моделирования явлений в пространственно-временной структуре и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G09B23/06 

Изобретение 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.

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

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит генератор 1 псевдослучайной последовательности и генератор 2 импульсов, которые че- рез переключатель 3 подключены к буферному каскаду k, выходы каскада k через разделительные конденсаторы (не показаны) подключены ко входам ждущих мультивибраторов 5, скважность 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 накачки пазонных систем электрической модели 11, содержащим входы 12 и выходы 13. Кварцевый генератор 1 синусоидальных колебаний через усилитель 15 подключен к второму контакту переклюизмерительным приборам или дополнительному сумматору раздельно, выход сумматора 21 и общий выход 19 устрой- ства при последовательном соединении пазовых систем подключают к измерительным приборам.

Число витков обмоток накачки и резонансных выбирают одинаковыми и

10 равными W.

Способ моделирования явлений в пространственно-временной структуре осуществляют следующим образом.

При моделировании объемной струк15 туры входы 12 пазонных систем подключают к общему источнику сигнала (фиг. 3), тогда соответствующие выходы 13 будут соответствовать полезным сигналам координат X, Y, Z. Ис20 пользуя общий источник на входе и сумматор 21 на выходе структуры (фиг. k), можно моделировать разнородные материалы в структуре, расположенные параллельно. Схема, изобра30

35

чотеля 8, генератор 16 низкочастотных 25 женная на фиг. 5, позволяет моделиро- 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 общий выход 19. °.

Электрическая модель содержит 1-N пазонных систем, каждая из которых содержит два магнитных сердечника с обмотками накачки, которые соединены последовательно и согласно и подключены к переменному резистору 20 усилителя мощности,активные потери в контур ре на,качки учитываются сопротивлением резистора К пазонные системы питают ся от генератора напряжения, поэтому

40

вать 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

O --KE-V(X))

87 ШЕ

резисторы Rn значительно больше резисторов 20 и последними при расчетах (пренебрегают, резонансными обмотками, соединенными последовательной встречно, последовательно с которыми подключен резистор Rfl, резонансные обмотки с резистором Rn зашунтированы кон- денсатором С. Входной сигнал подается 8 резонансный контур (вход 12 системы t ) одновременно или раздельно. Bt- .ходы 13 пазонных систем подключают к

0024

измерительным приборам или дополнительному сумматору раздельно, выход сумматора 21 и общий выход 19 устрой- ства при последовательном соединении пазовых систем подключают к измерительным приборам.

Число витков обмоток накачки и резонансных выбирают одинаковыми и

10 равными W.

Способ моделирования явлений в пространственно-временной структуре осуществляют следующим образом.

При моделировании объемной струк15 туры входы 12 пазонных систем подключают к общему источнику сигнала (фиг. 3), тогда соответствующие выходы 13 будут соответствовать полезным сигналам координат X, Y, Z. Ис20 пользуя общий источник на входе и сумматор 21 на выходе структуры (фиг. k), можно моделировать разнородные материалы в структуре, расположенные параллельно. Схема, изобра25 женная на фиг. 5, позволяет моделиро-

женная на фиг. 5, позволяет моделиро-

вать 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

O --KE-V(X))

Е

87 ШЕ

V(x)

п 872

п

(1)

где О/ волновая функция (электронная волна);

и V(х) - полная (собственная) и потенциальная, энергия системы;га - масса микрочастицы;

h - универсальная постоянная

Планка .

Уравнение (1) описывает движение микрочастицы в ограниченной области пространства. Уравнение (1) имеет .решение при строго определенных (дискретных) значениях параметра Еп, где п - главные квантовые числа, которые называются собственными значениями частицы, а фп - собственные волновые функции. При движении свобоного электрона, т.е. при (V(x)0), уравнение Шредингера не накладывает

контур, может компенсировать энергию, рассматриваемую на резисторе Rfc, т.е.

/1лп

при равенстве

3Lg 2 И 2 Эс

формально можно считать Rn О, при этом в контуре будут наблюдаться свободные колебания. Компенсация Rh позволяет передавать сигналы последовательно в другие пазонные системы.

Полученные результаты показывают, что скорость изменения переменного параметра позволяет внести кроме энергии и понятие положительного или от

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.

никаких ограничении на его энергию Е,15 рицательного обменного импульса, равона не квантуется и может приниматьЈт

любое значение.ного произведению in g--fi. Формально

Рассмотрим процессы

в резонансном

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

где in и Uh - ток и напряжение п-й

резонансной ячейки; Lg - динамическая индуктивность;

Rn - активные потери; С - линейная емкость ячейки

Умножим первое уравнение системы на in, а второе -.на Un. После преобразования получим уравнение для потока энергии в линии (уравнение энергетического баланса):

HUnin) e 9 /Lgin . CU , х

а -и- Ъ. V ч

полученные результаты можно интерпретировать для кристаллической ячейки

20 следующим образом. При снижении температуры проводника столкновение электронов с узлами решетки уменьшается, электроны не отдают своей энергии, а наоборот, поглощают соответствующие in 25 фотоны, при этом увеличивается их

средняя длина свободного пробега, рав- (2) ная Ъ . При наличии ускоряющего поля в структуре электроны из одной ячейки без трения будут переходить

30 в следующие ячейки кристаллической решетки, т.е. появляется ток, не участвующий в создании джоулева тепла при J и (х)/dx 0.

35

40

Эх

at

2

1 nRtj

2

+ ils. .LЈ

2 «Jt

45

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 распределению 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. Каждое колебание обладает энергией и импульсом, так называемые фотоны. Энергия нормального колебания с частотой квантована подчиняется закону

С учетом принятых обозначений изменение потока энергии пропорционально изменению энергии в энергоемких элементах (выражение в скобках справа), 50 мощности потерь на резисторе и мощное ти, вносимой в систему (при )

и отбираемой из системы (при -. 0)

dc,55

благодаря интегральной модуляции переменного параметра генератором накач/ т

ки. При 0 энергия, вносимая в

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 распределению 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. Каждое колебание обладает энергией и импульсом, так называемые фотоны. Энергия нормального колебания с частотой квантована подчиняется закону

6ыф (пШ(-И/2)сОср,

где 0, 1, 2, 3,... J

ITcOe- минимальная порция

энергии - фотон; А- постоянная Планка.

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

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

Способ моделирования формы потенциальной энергии можно осуществить следующим образом. Используют нелинейную зависимость динамической индуктивности Lg от тока im накачки. По обмоткам накачки пазонной системы пропускают ток im накачки сложной формы, которая определяется параметрами (структурой) оригинала. Рабочую точку на кривой Lg (im) задают током iQ смещения. Выбранному режиму возбуждения модели будет соответствовать непериодическое изменение во времени динамической индуктивности.

Полученные теоретические экспериментальные 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 структурой, состоя щей из пазонных систем и возбуждаемых негармонической накачкой.

Установленные соответствия переменных и параметров указанных структур позволяют утверждать, что интегральная модуляция переменного параметра приводит к квантовопазонным эффектам обмена энергией между источником модуляции параметра и осциллятором

5

(частицей, волной, колебаниями и т.п „) .

Принцип интегральной модуляции переменного параметра проявляется как механизм, обеспечивающий взаимодействие продуктов колебания и волны периодической структуры с соответствующи- ми значениями функции и внешними F действиями. Системь с переменными параметрами позволяют моделировать такие явления как сверхпроводимость, 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

20

наши знания . микросистемах,

как о макро-, так и о

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1

5

0

5

причем генератор псевдослучайной последовательности и генератор импульсов через первый переключатель соединены с буферным каскадом, выход которого через разделительные конденсаторы подключен к входам ждущих мультивибраторов, 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.

стмй

12

Фиг.1

Ј-

Фиг. 2

Фиг. J

It

21

Фиг. 5

Риг.Ц

г--1

--Н I

Л

13

12

11

Я

F--LJL3-7;T

12

19