Oscillatore caotico al quarzo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La costruzione di auto-oscillatori con "comportamento caotico" si basa sull'interazione di oscillatori lineari e non lineari interconnessi.

Lo schema di un oscillatore "caotico" di solito contiene tre elementi principali:

• circuito oscillatorio lineare;
• un circuito oscillatorio non lineare interconnesso con uno lineare, contenente una giunzione pn (il più delle volte è un diodo varactor);
• un amplificatore con una caratteristica limitante che fornisce l'autoeccitazione del sistema (qualsiasi circuito amplificatore utilizzato negli auto-oscillatori convenzionali).

La natura dei processi nel circuito non lineare di un oscillatore caotico è determinata sia dalla frequenza che dall'ampiezza dell'impatto su di esso. Segnali complessi all'uscita di un circuito non lineare, dopo essere passati attraverso il circuito di retroazione dell'auto-oscillatore, diventano fonte di perturbazione dello stesso circuito non lineare. Con la circolazione ripetuta del segnale, la dinamica di un tale oscillatore diventa caotica.

Un diagramma di un oscillatore caotico al quarzo, in cui il quarzo viene utilizzato come circuiti lineari, è mostrato in Fig. 1. Qui, il circuito oscillatorio lineare è formato da quarzo e il circuito non lineare è formato dagli elementi L1-VD1. A seconda della polarità e del livello della tensione RF applicata al diodo varactor VD1, la sua capacità cambia, quindi cambia anche la frequenza naturale (risonante) del circuito L1-VD1.

Fig. 1. Diagramma schematico di un oscillatore caotico al quarzo

Con determinati parametri del sistema (valori dei componenti radio), le oscillazioni al suo interno diventano caotiche e lo spettro delle oscillazioni, discreto fino a questo punto (Fig. 2), diventa continuo (Fig. 3).

Fig.2. Spettro discreto di vibrazioni

Fig.3. Spettro continuo di vibrazioni

Per costruire un auto-oscillatore caotico, è stato utilizzato il noto schema classico di un "tre punti" capacitivo. Il transistor VT2 forma uno stadio buffer, necessario per disaccoppiare l'oscillatore su VT1 e il suo carico (ad esempio strumenti di misura con ingressi da 50 ohm).

Il circuito in Fig. 1 utilizza due quarzi. Ciò è causato da quanto segue. Come hanno dimostrato esperimenti preliminari, in presenza del circuito L1-VD1 e di un solo quarzo si realizzano oscillazioni caotiche, tuttavia questa modalità di funzionamento dell'oscillatore risulta essere estremamente instabile.

Quando l'alimentazione viene spenta e quindi accesa, l'oscillatore smette di funzionare in una modalità caotica e diventa un "normale" oscillatore a cristallo. Un ritorno alla modalità caotica è possibile in questo caso collegando brevemente il secondo quarzo a quello già funzionante nell'oscillatore.

Con l'inclusione parallela di diversi quarzi e l'assenza di un circuito non lineare L1-VD1, nel circuito si verificano oscillazioni complesse (multifrequenza), ma deterministiche. Collegando un analizzatore di spettro all'uscita dell'oscillatore, in questo caso si possono vedere solo un certo numero di picchi di diverse altezze (Fig. 2). In presenza di due quarzi con frequenze diverse, le oscillazioni di un quarzo modulano le oscillazioni dell'altro per la non linearità dell'amplificatore su VT1. Il risultato è un segnale AM ​​e una serie di armoniche. Più complessa è la forma delle oscillazioni che interessano il circuito lineare L1-VD1, più probabile sarà la modalità caotica. Va notato che il tipo di custodia e l'esecuzione del quarzo devono essere identici e devono differire solo per la frequenza: questa è una delle condizioni affinché l'oscillatore generi immediatamente alle frequenze del quarzo installato al suo interno.

Le frequenze del quarzo dovrebbero differire di circa 1,3 ... 1,5 volte. In questo caso, è necessario utilizzare quarzo con un rapporto di frequenza vicino a un numero irrazionale. In altre parole, è desiderabile utilizzare quarzo con frequenze incommensurabili.

Per ottenere oscillazioni caotiche, se necessario, è necessario selezionare l'induttanza L1 (come L1, l'autore ha utilizzato una strozzatura a goccia a due fili di fabbricazione industriale). Se le oscillazioni caotiche continuano a non funzionare, dovresti provare a selezionare i condensatori C2 e C3 o modificare la modalità CC del transistor VT1 usando R1.

Aver installato un ricevitore multibanda con bande AM vicino all'oscillatore in studio e collegando un pezzo di filo 10 ... La presenza di un forte rumore in un'ampia banda di frequenza con "inserti" di portanti molto potenti indica che è il modo caotico di funzionamento che si realizza.

Al posto di un ricevitore, puoi utilizzare un apposito dispositivo che ti permette di controllare anche il momento di passaggio dalle oscillazioni deterministiche a quelle caotiche. Il circuito di un tale dispositivo - un indicatore di oscillazioni caotiche (Fig. 4) - è un ricevitore rivelatore di segnali AM con un ingresso RF da 50 ohm e una frequenza ultrasonica altamente sensibile caricata sulle cuffie.

Fig.4. Schema del dispositivo-indicatore di oscillazioni caotiche

L'indicatore viene regolato selezionando il valore del resistore R5 fino a ottenere una tensione di +4 ... 8 V sul collettore VT2. L'ingresso indicatore è collegato all'uscita del generatore. In presenza di oscillazioni caotiche nell'oscillatore in studio, in cuffia si sente un rumore molto forte, simile al "super rumore" di un ricevitore super generativo.

Come hanno dimostrato gli esperimenti, nella banda di frequenza 1 ... 25 MHz, la potenza del rumore di un oscillatore caotico al quarzo è 10⁴10 ...⁶ volte più potenza di rumore rispetto al classico circuito generatore di rumore a diodi zener! Ciò consente di utilizzare l'auto-oscillatore caotico al quarzo come generatore di rumore per impieghi gravosi per varie misurazioni.

Letteratura

1. Luna F. Oscillazioni caotiche. Corso introduttivo per scienziati e ingegneri. - M.: Mir, 1990.
2. Chaika Yu.D. Caos deterministico - nell'arsenale di un radioamatore. - Radioamatar, 1998, N9, S.12, 13.
3. Maksimov N.A., Kislov V.Ya. Dinamica caotica e regolare di sistemi auto-oscillatori autonomi contenenti giunzioni p-n. - Radioingegneria ed elettronica, 1997, N12, S.1487-1492.
4. Minitransceiver Artemenko V. SSB con EMF per 160 m - rivista KB, 1997, N6, P.13-21.
5. Chaika Yu.D. Una famiglia di auto-oscillatori di oscillazioni di rumore. - Radioamatar, 2002, N8, S.53-55.
6. Davidovich MV Amplificatore di risonanza stocastica bistabile per bassi rapporti segnale/rumore in ingresso. - Ingegneria radiofonica ed elettronica, 1996, N11, S.1332-1339.

Autore: V.Artemenko, UT5UDJ, Kiev; Pubblicazione: radioradar.net

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