CC BY
7
УДК 621.318
В. К. Федоров, *Е. Ьааек, **М.В. Федорова
Омский государственный технический университет, г.Омск
*Hannover
** ОАО «Спектрум», г. Москва
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПА УСТОЙЧИВОГО НЕРАВНОВЕСИЯ В НЕЛИНЕЙНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Сформулированный В.К. Федоровым в монографии [1] Принцип устойчивого неравновесия (ПУН) для нелинейных сложных электрических и электронных систем (СЭЭС) с положительной обратной связью (ПОС) говорит только об общем поведении СЭЭС с ПОС и о направлении протекающих в них процессов, однако не содержит никаких количественных характеристик. Поэтому мы должны дополнить его таким образом, чтобы он получил количественное выражение. Мы утверждаем, что СЭЭС с ПОС всегда превращает всю свою свободную энергию в работу против ожидаемого равновесия. Этот выдвинутый тезис носит качественный и количественный характер, и его правильность может быть экспериментально проверена посредством измерений.
Принудительные силы, представляющие собой функции времени, исполняют работу, которая направлена против процесса выравнивания потенциалов, причем источник этой работы лежит в самой СЭЭС с ПОС. В конце концов дело фактически сводится к работе, которая нужна для сохранения структуры СЭЭС с ПОС и условий, необходимых для поддержания неизменности структуры СЭЭС с ПОС.
Так же как устойчивое равновесие характеризуется тем, что оно будучи нарушено, всегда наступает вновь, так и у СЭЭС с ПОС неравновесное состояние сохраняется постоянно и обладает всеми признаками устойчивости. ПУН выражает также в краткой форме характернoe свойство СЭЭС с ПОС, у которой неравновесное состояние обладает признаками устойчивости.
ПУН относится к системам, не находящимся в равновесии, и изменение состояния, иначе реакция системы, которую ПУН требует при изменении условий функционирования, состоит в работе против ожидаемого при данных условиях функционирования равновесия.
Итак, подробно разобрано содержание в качественном и количественном отношениях ПУН, который мы ставим в основу всего описания СЭЭС с ПОС.
Для экспериментальной проверки действия ПУН В. В. Федяниным была создана СЭЭС с ПОС, которая позволила исследовать режимы работы СЭЭС с ПОС, включая режимы детерминированного хаоса. Схема СЭЭС с ПОС показана на рисунке 1.
193
Схема СЭЭС с ПОС состоит из: 1) блока питания; 2) генератора прямоугольных импульсов с подстраиваемой частотой и амплитудой; 3) регулируемого стабилизатора напряжения; 4) операционных усилителей.
В схеме используется регулятор частоты и амплитуды напряжения.
Схема питается от напряжения величиной 14 В.
Количественные характеристики режимов работы:
Хаос наступает в пределах от 15 до 100 Гц при входном импульсном напряжении от 1 до 3 В.
От 100 Гц и выше наблюдается периодический выходной сигнал. При увеличении напряжения свыше 3 В сигнал становится периодическим при любой частоте.
Э1 в1 в1
Рис. 1. Принципиальная схема сложной электрической и электронной системы
с положительной обратной связью
Блок питания состоит из:
1) трансформатора мощностью 25 Вт, ток 2000 мА, напряжение 12 В;
2) выпрямителя ЯБ 107;
3) регулируемого стабилизатора напряжения.
Подаваемое напряжение поступает на эмиттер транзистора КТ817Г, а выходное напряжение снимается с его коллектора. Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку определяется током база-эмиттер и его коэффициентом усиления по току. В свою очередь, ток база-эмиттер задан резистором Я=1 кОм, включенным между коллектором и базой транзистора КТ817Г. Среднее расчетное падение напряжение на регулирующем транзисторе КТ817Г -примерно 14 В.
194
Генератор прямоугольных импульсов создан на микросхеме стандартной логики К516ЛА7, состоящей из 4-х элементов 2И-НЕ.
Основные параметры К516ЛА7:
Напряжение питания: 3..15 В Напряжение питания макс.: 18 В Напряжение лог. 0: <0,05 В Напряжение лог. 1: >ипит-0,05 В Типовая задержка (при ипит=5 В): 60 нс Типовая задержка (при ипит=15 В): 20 нс Температурный диапазон: -40..+85 °С.
Переключатель Б1 представляет собой транзисторные ключи. На коллекторы транзисторов были подключены светодиоды, которые сигнализируют о работоспособности ключей. Количественные характеристики режимов работы созданной СЭЭС с ПОС, показанные на рисунках 2 - 4, подтвердили действие ПУН.
Рис. 2. Временная диаграмма напряжения на емкости С13 при частоте следования управляющих импульсов 20 Гц
Рис. 3. Частотный спектр напряжения на емкости С13 при частоте следования управляющих импульсов 20 Гц
195
20т 40т 60т ЗОт ^
Рис. 4. Временная диаграмма напряжения на емкости С13 при частоте следования управляющих импульсов 30 Гц
Библиографический список
1. Федоров, В. К. Концепция устойчивого неравновесия. Версия Сотворения Разума и Материи. Проблемы современного естествознания : монография / В. К. Федоров. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2003. - 152 с.
2. Федоров, В. К. Генезис / В. К. Федоров. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2002. - 72 с.
