水晶カオス振動子。スキーム、説明

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水晶カオス発振器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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記事へのコメント

「カオス的挙動」を伴う自己発振器の構築は、相互接続された線形および非線形発振器の相互作用に基づいています。

「混沌とした」オシレーターのスキームには、通常、次の XNUMX つの主要な要素が含まれます。

線形振動回路;
pn接合を含む線形回路と相互接続された非線形発振回路（ほとんどの場合、バラクタダイオードです）。
システムの自己励起を提供する制限特性を備えた増幅器 (従来の自己発振器で使用される増幅回路)。

カオス自己発振器の非線形回路におけるプロセスの性質は、それに対する影響の周波数と振幅の両方によって決まります。非線形回路の出力での複雑な信号は、自励発振フィードバック回路を通過した後、同じ非線形回路の摂動源になります。信号の循環が繰り返されると、そのような発振器のダイナミクスはカオスになります。

水晶を線形回路として使用した水晶カオス振動子の図を図1に示します。ここで、線形発振回路は水晶で形成され、非線形回路は素子Ｌ１～ＶＤ１で形成される。バラクタダイオード VD1 に印加される RF 電圧の極性とレベルに応じて、その静電容量が変化するため、L1-VD1 回路の固有 (共振) 周波数も変化します。

水晶カオス振動子。水晶カオス振動子の模式図
図1。水晶カオス振動子の模式図

システムの特定のパラメータ（無線コンポーネントの値）では、システム内の振動が無秩序になり、この時点まで離散的であった振動のスペクトル（図2）が連続的になります（図3）。

水晶カオス振動子。振動の離散スペクトル
図2。振動の離散スペクトル

水晶カオス振動子。振動の連続スペクトル
図3. 振動の連続スペクトル

カオス自己発振器を構築するために、容量性「2点」のよく知られた古典的なスキームが使用されました。トランジスタ VT1 はバッファステージを形成します。これは、VT50 の発振器とその負荷を切り離すために必要です (たとえば、XNUMX オーム入力の計測器)。

図1の回路は1つの水晶を使用しています。これは、以下が原因です。予備実験で示されているように、L1-VDXNUMX 回路と XNUMX つの水晶のみの存在下で無秩序な振動が実現されますが、発振器のこの動作モードは非常に不安定であることがわかります。

電源をオフにしてからオンにすると、オシレータはカオスモードで動作を停止し、「通常の」水晶オシレータになります。この場合、XNUMX 番目のクォーツをオシレーターで既に動作しているクォーツに簡単に接続することで、カオスモードに戻ることができます。

複数のクォーツを並列に組み込み、非線形回路 L1-VD1 を使用しないことで、回路内で複雑な (多周波数) 確定的な振動が発生します。スペクトラムアナライザを発振器の出力に接続すると、この場合、異なる高さの特定の数のピークのみを見ることができます (図 2)。周波数の異なる 1 つの水晶がある場合、VT1 の増幅器の非線形性により、一方の水晶の振動が他方の水晶の振動を変調します。その結果が、AM 信号と一連の高調波です。線形回路 L1-VDXNUMX に影響を与える振動の形状が複雑になるほど、カオスモードの可能性が高くなります。ケースのタイプとクォーツの実行は同一でなければならず、周波数のみが異なる必要があることに注意してください。これは、発振器がそれに取り付けられたクォーツの周波数ですぐに生成されるための条件のXNUMXつです。

クォーツの周波数は、約 1,3 ～ 1,5 倍異なるはずです。この場合、周波数比が無理数に近い水晶を使用する必要があります。換言すれば、非通約周波数の水晶を使用することが望ましい。

カオス発振を得るには、必要に応じてインダクタンス L1 を選択する必要があります (L1 として、筆者はリード線が 2 つある工業製のドロップ型チョークを使用しました)。それでもカオス発振がうまくいかない場合は、コンデンサ C3 と C1 を選択するか、R1 を使用してトランジスタ VTXNUMX の DC モードを変更してみてください。

研究中の発振器の近くにAMバンドを備えたマルチバンド受信機を設置し、ワイヤ10を接続すると... 非常に強力な搬送波の「挿入」を伴う広い周波数帯域での強いノイズの存在は、実現されるのが無秩序な動作モードであることを示しています。

受信機の代わりに、決定論的な振動から無秩序な振動への移行の瞬間さえも制御できる特別なデバイスを使用できます。このようなデバイスの回路 - カオス振動の指標 (図 4) - は、50 オームの RF 入力とヘッドフォンに搭載された高感度の超音波周波数を備えた AM 信号の検出受信機です。

クォーツカオスオシレーター。カオス振動のデバイスインジケータのスキーム
図4。カオス振動のデバイス指標のスキーム

インジケーターは、VT5コレクターで+4 ... 8 Vの電圧が得られるまで、抵抗R2の値を選択することによって調整されます。インジケータ入力はジェネレータ出力に接続されています。研究中のオシレーターに無秩序な振動が存在する場合、超生成レシーバーの「スーパーノイズ」に似た非常に大きなノイズがヘッドフォンで聞こえます。

実験が示すように、周波数帯域 1 ～ 25 MHz では、水晶カオス発振器のノイズパワーは 10 です。⁴... 10⁶ 古典的なツェナーダイオードノイズ発生回路よりも XNUMX 倍のノイズパワー! これにより、水晶カオス発振器をさまざまな測定用の強力なノイズ発生器として使用することが可能になります。

文学

ムーン F. カオス振動。科学者とエンジニアのための入門コース。 - M.: ミール、1990年。
チャイカ Yu.D. 決定論的カオス - アマチュア無線の武器庫。 - ラジオアマター、1998 年、N9、S.12、13。
マクシモフ N.A.、キスロフ V.Ya. pn接合を含む自律自己振動システムのカオス的かつ規則的なダイナミクス。 - 無線工学と電子工学、1997、N12、S.1487-1492。
Artemenko V. 160 m 用 EMF 付き SSB ミニトランシーバー - KB マガジン、1997 年、N6、P.13-21。
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著者: V.Artemenko、UT5UDJ、キエフ; 出版物: radioradar.net

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