Транзисторний шумовий автогенератор

Изобретение относится к области радиотехники, а именно, к технике генерирования шумовых напряжений и токов и может быть использовано при создании генераторов шума, предназначенных для испытания радиотехнических систем, в частности, систем связи, для имитации помех, а также генераторов шума, применяемых в медицинской и технологической практике, например, в криоультразвуковых медицинских аппаратах и в аппаратах ультразвуковой микросварки с шумовым воздействием. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является транзисторный генератор стохастических колебаний, содержащий транзистор, катушку индуктивности, конденсатор, источник ЭДС для коллекторного питания, источник тока для эмиттерного смещения, общую шину, при этом катушка индуктивности подключена между базой транзистора и общей шиной, параллельно соединенные конденсатор и источник тока подключены между эмиттером транзистора и общей шиной, а источник ЭДС включен между общей шиной и коллектором транзистора. Коллекторный ток транзистора представляет собой хаотическую последовательность импульсов с различной амплитудой, длительностью и интервалами следования. Недостатком этого устройства является существенная неравномерность его энергетического спектра (более 5 дБ). Задача изобретения заключается в создании транзисторного шумового автогенератора, обеспечивающего широкополосные хаотические колебания тока, которым при подключении нагрузки соответствуют шумовые колебания напряжения, что увеличивает равномерность энергетического спектра генерируемого шума. Поставленная задача решается тем, что в транзисторный шумовой автогенератор, содержащий транзистор, катушку индуктивности, конденсатор, источник ЭДС, источник тока, общую шину, при этом катушка индуктивности включена между базой транзистора и общей шиной, параллельно соединенные конденсатор и источник тока включены между эмиттером транзистора и общей шиной, а источник ЭДС включен между общей шиной и коллектором транзистора, согласно изобретению, дополнительно введены второй транзистор, вторая катушка индуктивности, второй источник тока, а также второй и третий конденсаторы, причем коллектор второго транзистора подключен к коллектору первого, вторая катушка индуктивности включена между базой второго транзистора и общей шиной, параллельно соединенные второй конденсатор и второй источник тока включены между эмиттером второго транзистора и общей шиной, а третий конденсатор включен между эмиттером первого и второго транзисторов. Благодаря введению дополнительных элементов и связей между ними генератор состоит из 2-х связанных по переменному току автоколебательных ячеек, образуя единую динамическую колебательную систему, в которой процессы в одной ячейке оказывают влияние на процессы в другой. Вследствие стохастического характера процессов в ячейках динамические взаимосвязи между ними также носят стохастический (случайный) характер. Стохастичность процессов в одной ячейке дополняется стохастичностью процессов в другой, возрастает размерность динамической хаотической системы, что ведет к увеличению равномерности энергетического спектра генерируемого шума. Изобретение поясняется графическими материалами. На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого автогенератора; на фиг.2 - принципиальная схема с обозначениями электрических величин и элементов; на фиг.3, 4 - эквивалентные схемы предлагаемого автогенератора для различных этапов его работы; на фиг.5 - типовой вид зависимости статического коэффициента передачи базового тока транзистора от эмиттерного тока; на фиг.6 - временные диаграммы токов и напряжений в предлагаемом автогенераторе; на фиг.7 - принципиальная схема примера реализации предлагаемого автогенератора; на фиг.8 спектрограмма энергетического спектра предлагаемого автогенератора. Транзисторный шумовой автогенератор (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, первую 3 и вторую 4 катушки индуктивности, первый 5, второй 6 и третий 7 конденсаторы, первый 8 и второй 9 источники тока, источника 10 ЭДС, общую шину 11, клеммы подключения нагрузки 12, 13. Параметры элементов генератора (фиг.2) при описании его работы обозначаются символами: L 1, L2 - для катушек 3,4 индуктивности; С1, С2, С3 - для конденсаторов 5, 6, 7; Is1, Is2 - для источников тока 8, 9; Ек - для источника ЭДС 10. На фиг.1, 2 приведены обозначения транзисторов n-р-n типа и соответствующие им обозначения электрических величин (токов, напряжений), но в предполагаемом автогенераторе допустимо использование и транзисторов р-n-р типа. В автогенераторе автоколебательные процессы определяются влиянием элементов 2-х ячеек: 1, 3, 5, 8 и 2,4, 6, 9 с учетом их взаимосвязи через конденсатор 7. При этом в зависимости от режима работы транзисторов 1,2 (активный режим или режим отсечки) характер взаимосвязи проявляется в различных формах. При активном режиме работы обоих транзисторов вследствие очень малой величины переменного напряжения на эмиттерных переходах обоих транзисторов для случая, когда емкость конденсатора связи 7 намного больше емкостей эмиттерных конденсаторов 5, 6 (С3 » С1, С2), взаимосвязь элементов по переменному току эквивалентна параллельному соединению транзисторов 1,2, катушек индуктивности 3, 4 и конденсаторов 5, 6 (эта взаимосвязь показана на упрощенной эквивалентной схеме, фиг.3). При работе обоих транзисторов в режиме отсечки вследствие запирания эмиттерных переходов взаимосвязь элементов ячеек прерывается, ячейки становятся эквивалентными двум автономным LC-контурам, включающим катушки индуктивности 3, 4 и емкости эмиттерного Сэ1, Сэ2 и коллекторного Ск1, Ск2 переходов, соответственно, транзисторов 1, 2 (этот режим показан на эквивалентной схеме, фиг.4). В случае активного режима одного и режима отсечки другого транзисторов возможны два других варианта взаимодействия ячеек, при которых одна ячейка является активным нелинейным осциллятором с проявлением инжекционных свойств транзистора, а вторая - пассивным LC-осциллятором с проявлением барьерных емкостей запертых р-n переводов. . При условии различия параметров одноименных элементов ячеек (в частности, параметров транзисторов 1, 2, токов Is1, I s2 источников 8, 9, индуктивностей L1, L2 катушек 3, 4) длительности активных и пассивных интервалов в ячейках становятся различными. Это приводит к тому, что синфазная работа ячеек, когда процессы в них идентичны, оказывается невозможной. В автогенераторе происходят бифуркационные изменения формы колебаний, которые в зависимости от уровня инжекционной нелинейности свойств транзисторов 1, 2 (VT1, VT2) и соотношения параметров одноименных элементов ячеек (L1/L2, Is1/ls2) проявляются в виде сложнопериодических или стохастических (шумовых) колебаний. Мерой нелинейности инжекционных свойств транзисторов 1,2 в автогенераторе является отношение величины тока эмиттерного смещения ls1,2 к значению змиттерного тока Iэп1,2, которому соответствует максимум коэффициента передачи базового тока. Биения и сложнопериодические колебания имеют место при слабой нелинейности транзисторов (Is1,2 < > 1/w С1,2) и, следовательно, переменные составляющие токов в цепях смещения E2R2-L3, E3-R3-L4 были очень малыми. Возможность генерирования шумовых колебаний рассматриваемым автогенератором (фиг.7) была проверена при применении транзисторов различных типов и в широком диапазоне изменения параметров элементов. В частности, при применении в качестве элементов транзисторов VT1, УТ2 типа КТ814Г (номинальная граничная частота f г =3 Мгц), катушек индуктивности L1, L2 с индуктивностями L1 = 8 мкГн, L2 = 12 мкГн, конденсаторов С1, С2, С3 с емкостями C1 = 6,8 нФ, С2 = 2.2 нФ, С3 = 68 нФ, дросселей L 3, L4 с индуктивностями L3=L4 = 5 мГн, сопротивлениями резисторов нагрузки R1 и цепей смещения R2, R3 равными R1=R2=R3=48 Ом, ЭДС источника коллекторного питания Е 1 = 25 В и источников эмиттерного смещения Е2=4,2 В, Е3 = 3,7 В, что соответствует токам I s1 = 70 мА, Is2 = 60 мА, были получены результаты, которые показаны на спектрограмме, фиг.8: 1) граничные частоты энергетического спектра по уровню - 3 дБ от максимального значения составляли 0,7 МГц и 2,6 МГц, что соответствует ширине спектра в 1,9 октавы; 2) неравномерность спектра в пределах полосы не превышала - 3 дБ; 3) пиковое значение хоатических импульсов выходного напряжения составляла 15 В; выходная мощность шума в нагрузке 0,5 Вт. Предлагаемый автогенератор обеспечивает создание широкополосных импульсных шумовых колебаний тока, которым при подключении нагрузки соответствуют шумовые колебания напряжения. Техническим результатом предлагаемого изобретения является: 1) высокая равномерность энергетического спектра генерируемого шума; 2) высокая стабильность шумовой генерации, которая проявляется в слабой зависимости технических характеристик генерируемых шумов от изменения питающих напряжений; 3) высокая мощность генерируемых шумов (величина мощности сопоставима с номинальной мощностью применяемых транзисторов); 4) простота устройства, настройки и регулировки автогенератора.