石英混沌振荡器。方案、说明

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具有“混沌行为”的自振荡器的构造是基于相互连接的线性和非线性振荡器的相互作用。

“混沌”振荡器的方案通常包含三个主要元素：

线性振荡电路；
与线性电路互连的非线性振荡电路，包含一个 pn 结（通常是变容二极管）；
具有限制特性的放大器，可提供系统的自激（传统自振荡器中使用的任何放大器电路）。

混沌自振荡器的非线性电路中的过程性质由对其冲击的频率和幅度决定。非线性电路输出端的复杂信号，经过自振反馈电路后，成为同一非线性电路的扰动源。随着信号的反复循环，这种振荡器的动力学变得混乱。

石英混沌振荡器的示意图，其中石英用作线性电路，如图 1 所示。这里，线性振荡电路由石英构成，非线性电路由元件L1-VD1构成。根据施加到变容二极管 VD1 的射频电压的极性和电平，其电容会发生变化，因此 L1-VD1 电路的自然（谐振）频率也会发生变化。

石英混沌振荡器。石英混沌振荡器示意图
图。1。石英混沌振荡器示意图

随着系统的某些参数（无线电组件的值），其中的振荡变得混乱，并且到此为止离散的振荡频谱（图 2）变得连续（图 3）。

石英混沌振荡器。离散的振动频谱
图 2。离散的振动频谱

石英混沌振荡器。连续的振动频谱
图3。连续振动谱

为了构建混沌自振荡器，使用了著名的电容“三点”经典方案。晶体管 VT2 构成一个缓冲级，它是对 VT1 上的振荡器及其负载（例如，具有 50 欧姆输入的测量仪器）去耦所必需的。

图 1 中的电路使用了两个石英。这是由以下原因引起的。如初步实验所示，在 L1-VD1 电路和只有一个石英的情况下实现了混沌振荡，但是，这种振荡器的工作模式非常不稳定。

当电源关闭再打开时，振荡器停止工作在混沌模式，变成一个“正常”的晶振。在这种情况下，通过将第二个石英与已经在振荡器中工作的石英短暂连接，可以返回到混沌模式。

由于并行包含多个石英并且没有非线性电路 L1-VD1，电路中会出现复杂（多频）但确定性的振荡。通过将频谱分析仪连接到振荡器的输出端，在这种情况下，人们只能看到一定数量的不同高度的峰值（图 2）。在存在具有不同频率的两个石英的情况下，由于 VT1 上放大器的非线性，一个石英的振荡会调制另一个石英的振荡。结果是一个 AM 信号和一系列谐波。影响线性电路 L1-VD1 的振荡形状越复杂，越可能出现混沌模式。需要注意的是，外壳的类型和石英的执行必须相同，并且它们必须仅在频率上有所不同——这是振荡器立即以安装在其中的石英的频率产生的条件之一。

石英的频率应该相差大约 1,3 ... 1,5 倍。在这种情况下，需要使用频率比接近无理数的石英。换言之，希望使用具有不可比较频率的石英。

为了获得混沌振荡，如果需要的话，需要选择电感L1（对于L1，作者使用了工业制造的带有两根引线的水滴形扼流圈）。如果混沌振荡仍不起作用，则应尝试选择电容C2和C3，或用R1改变晶体管VT1的直流模式。

在所研究的振荡器附近安装了一个带 AM 波段的多波段接收器并连接了一根电线 10 ... 在具有“插入”非常强大的载波的宽频带中存在强噪声表明它是实现的混沌操作模式。

您可以使用特殊设备代替接收器，甚至可以控制从确定性振荡到混沌振荡的过渡时刻。这种设备的电路 - 混沌振荡的指示器（图 4） - 是一个 AM 信号的检测器接收器，具有 50 欧姆的射频输入和加载在耳机上的高灵敏度超声波频率。

石英混沌振荡器。混沌振荡装置指标方案
图 4。混沌振荡装置指标方案

通过选择电阻器 R5 的值来调整指示器，直到在 VT4 集电极上获得 +8 ... 2 V 的电压。指示器输入连接到发生器输出。在所研究的振荡器中存在混沌振荡的情况下，耳机中会听到非常响亮的噪音，类似于超生成接收器的“超级噪音”。

实验表明，在 1 ... 25 MHz 频段内，石英混沌振荡器的噪声功率为 10⁴... 10⁶ 噪声功率是经典齐纳二极管噪声发生器电路的两倍！这使得将石英混沌自振荡器用作各种测量的重型噪声发生器成为可能。

文学

Moon F. 混沌振荡。面向科学家和工程师的入门课程。 - M.：和平号，1990。
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作者：V.Artemenko，UT5UDJ，基辅；出版：radioradar.net

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