Транзисторный генератор шума Советский патент 1991 года по МПК H03B29/00 

1

(21)4626555/09 (22)27.12.88 (46)23.11.91. Бюл.

(71)Киевский государственный университет им. Т.Г.Шевченко

(72)Ю.Д.Чайка, А.В.Богун и С.А.Тупицын (53)621.373.43(088.8)

(56)Радиотехника и электроника. 1985, т. 30, №5, с. 1022-1025.

(54)ТРАНЗИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ШУМА

(57)Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - увеличение ширины и повышение равномерности спектра генерируемых шумов. Транзисторный генератор шума содержит первый транзистор 1, катушку индуктивности 2, конденсатор 3, источник тока 4, первый диод 5, второй диод 6. второй транзистор 7, нагрузку 8, При выборе параметров элементов транзисторного генератора шума и его режима в соответствии с определенными неравенствами периодические колебания трансформируются в автостохастические. При этом первый диод 5 укорачивает длительноегь импульсов на катушке индуктивности 2 и предотвращает пробой эмиттерного перехода первого транзистора 1, а второй диод 6 и второй транзистор 7 обеспечиваю 1 неизменность условий работы коллекторной цепи первого транзистора 1 и обострение импульсов в нагрузке 8, что приводит к расширению спектра генерируемых шумов и уменьшению его неравнЬмерности 1 ил.

И

fw,

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника шумовых напряжений и токов.

Целью изобретения является увеличение ширины и повышение равномерности спектра генерируемых шумов.

На чертеже представлена электрическая схема транзисторного генератора шума.

Транзисторный генератор шума содер- жит первый транзистор 1, катушку 2 индуктивности, конденсатор 3, источник 4 тока, первый диод 5, второй диод 6, второй транзистор 7, нагрузку 8.

Направление прямого прохождения тока первого 5 и второго 6 диодов совпадает с направлениями протекания эмиттерного и коллекторного токов первого транзистора 1.

Транзисторный генератор шума работает следующим образом.

При включении питания вследствие наличия отрицательной активной составляющей входной проводимости между базой первого транзистора 1 и общей шиной в транзисторном генераторе шума возбуждаются квазигармонические стартовые колебания с частотой

(Do Vh 21э /LC

0)

где Г121э статический коэффициент передачи базового тока в схеме с ОЭ первого транзистора 1;

L - индуктивность катушки индуктивности 2;

С - емкость конденсатора 3.

По мере нарастания амплитуды колебаний первый транзистор 1 начинает работать в режиме с отсечкой, и квазигармонические стартовые колебания протекающихчерезегоэлек- троды токов сменяются колебаниями с автоограничением, в течение интервалов которого напряжение на катушке 2 индуктивности носит ярко выраженный импульсный характер с частотой следования импульсов, определяемой выражением (1).

При выборе режима и параметров элементов транзисторного генератора шума в соответствие с указанными ниже соотношениями колебания генератора являются автостохастическими, что обусловлено инжекционной нелинейностью первого транзистора 1 в течение интервалов его работы в активном режиме и величиной инкремента роста амплитуды стартовых колебаний транзисторного генератора шума при самовозбуждении.

Уровень инжекционной нелинейности первого транзистора 1 определяется отношением Is/Un, где Is - ток источника тока 4; 1эп - значение змиттерного тока первого транзистора 1, при котором статический коэффициент передачи базового тока hai3 принимает максимальное значение. При этом различным значениям тока Is источника 4 тока соответствуют следующие изменения в колебаниях транзисторного генератора шума: при ls/ эп (0,02...0,1) периодические

колебания с частотой, определяемой выражением (1), при Is/Ian (0,1...0,2) усложнение спектра колебаний из-за появления новых спектральных составляющих в результате последовательности бифуркаций удвоения

периода, завершающейся переходом к автостохастическим колебаниям (механизм Фейгенбаума), при 2 Is/Ian 0,5 - значительное увеличение равномерности и полосы спектра генерируемых шумов в результате

появления большого числа гармоник стартовой частоты и их взаимодействию с имеющимися автостохастическими колебаниями. Инкремент роста амплитуды стартовых колебаний транзисторного генератора шума пропорционален величине, равной

Ј

1

2 TtKin2i

- X

X

yTtTZTs-ТТ TLC(I

ТГ15 С

Н21э L

)

(2)

где fh2t - граничная частота коэффициента передачи базового тока первого транзистора 1 в с: -ме с ОЭ;

re Т л /Ск - омическое сопротивление

базы первого транзистора 1;

rk - постоянная времени цепи обратной связи первого транзистора 1;

Ск. - емкость коллекторного перехода первого транзистора 1;

+ Н21э

Установлено, что колебания генератора становятся автостохастическими, если

о );

С (2-3)г121эСк;

50

Ек (3-4) Is +2Unp, С

+ UK

5

где Ек - напряжение питания;

1Лэ.нзс - напряжение насыщения коллектор-эмиттер первого транзистора 1;

Unp - падение напряжения на открытом переходе первого и второго диодов 5 и 6.

Достижение цели изобретения обеспечивается за счет выбора параметров элементов транзисторного генератора шума и его режима в соответствии с выбранными

соотношениями параметров, обеспечивающих автостохастический режим, а также введением первого и второго диодов 5 и 6 и второго транзистора 7, расширяющих спектр колебаний. При этом включение пер- вого диода 5 приводит к укорочению длительности импульсов на катушке 2 индуктивности и предотвращению пробоя эмиттерного перехода первого транзистора 1, включение второго диода 6 и второго транзистора 7 обеспечивают подачу на коллектор первого транзистора 1 напряжение питания Ек, а также обострение и передачу в нагрузку 8 хаотических импульсов тока, протекающих через катушку 2 индуктивно- сти.

При изменении типа проводимости первого транзистора 1 тип проводимости второго транзистора 7 меняется на противоположный, а также изменяется на противоположное включение первого диода 5, второго диода 6 и источника 4 тока. Формула изобретения Транзисторный генератор шума, содержащий первый транзистор, конденсатор, нагрузку, катушку индуктивности, которая включена между базой первого транзистора и общей шиной, отличающийся тем, что, с целью увеличения ширины и повышения равномерности спектра генерируемых шумов, введен источник тока, первый и второй диоды, второй транзистор, тип проводимости которого противоположен типу проводимости первого транзистора, при этом первый диод включен между змитте- ром первого транзистора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, источник тока подключен параллельно конденсатору, второй диод включен между коллектором пер- вого транзистора, к которому подключен эмиттер второго транзистора, и базой второго транзистора, которая подключена к шине питания, нагрузка включена между коллектором второго транзистора и общей шиной, а параметры элементов транзисторного генератора шума выбраны согласно неравенствам

II

тт

(

ТГГоТ:

2jr/ffh21 } KLC h21

0(2 -3)п21эСк,

2

0,5

EK(3-4)ls /: -Г+Укэнас +2Vn

где fh2i граничная частота передачи базового тока в схеме с 03 первого транзистора.

П21Э статический коэффициент передачи базового тока в схеме с ОЭ первого транзистора;

Ск - емкость коллекторного перехода первого транзистора;

Яэ гк/Ск - омическое сопротивление базы первого транзистора;

гк - постоянная времени цепи обратной связи первого транзистора;

L- индуктивность катушки индуктивности1

С - емкость конденсатора: Р

к 1 + Л21Э -jЈ-:

s ток источника тока;

зп змиттерный ток первого транзистора, при котором П21Э принимает максимапь- ное значение;

Уканас - напряжение насыщения коллектор-эмиттер первого транзистора;

Unp - падение напряжения на открытом переходе первого и второго диодов;

Ек - напряжение питания.