Способ моделирования явлений в пространственно-временной структуре и устройство для его осуществления

(51)5 С 09 В 2 ЕТЕНИЯВУ 30 ИСАНИ АВТОРСКОМУ иНа Фиг1ная схема устния предлагаефункциональнамодели; на фимоделированиязанных (Фиг,(фиг. 5) и паФиг. 7) струк и тся к радиофиз ьзовано для непериодических ых наличием при цессами.расширение ностей способав пространсттуре. изобрройстмогоя схе УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМГКНТ СССР(71) Харьковский институт радиоэлекроники им.акад. М.К. Янгеля(56) Авторское свидетельство СССРИ 1216822, кл. Н 03 К 3/53 э 1983Белкин И.К. и др. Оптимизация Фомы напряжения накачки в низкочастотном параметрическом усилителе. - Радотехника, 1974, т. 29, Ю 1, с. 74,рис. 5.(54) СПОСОБ ИОДЕЛИРОВАНИЯ ЯВЛЕНИЙ ВПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЕИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к областирадиофизики и может быть использовано для исследования свойств непериодических структур, обусловленных наличием примесей и тепловыми процессами. Цель изобретения " расширениефункциональных возможностей. Способмоделирования явлений в пространственИзобретение относи ке и может быть испол исследования свойств структур, обусловленн месей и тепловыми про Цель изобретенияфункциональных возмож моделирования явлений венно-временной струкнои структуре включает выбор и соединение пазонных систем согласноструктуре исследуемого оригинала,интегральную модуляцию энергоемкогопараметра пазонных систем, измерениеинтервала времени между экстремумамискорости измерения параметра за пери"од, при выполнении условий квантово"го пазонного резонанса возбуждаютколебания в пазонных системах путейквантования и вложения энергии в средние собственные колебания, причем за"дают значения периода модуляции дина"мического энергоемкого параметра, амплитуд динамических параметров, об"менных импульсов энергией, частоты йследования импульсов, по выбраннымпараметрам электрической модели выби"рают геометрические, электрические,энергетические параметры пазонных сис %еетем. Устройство для реализации способа содержит генераторы ПСП, импульсов, синусоидального сигнала, пере"ключатели, мультивибраторы,и электри"ческую модель, включающую пазонныесистемы и сумматор, 2 с.п. Ф-лы,ажена функциональва для осуществле" способа; на фиг.2- ма электрической 3 - Фиг. 7 - способы объемных (фиг. 3), свя" ), последовательных аллельных (фиг. 6 и ур.Устройство для осуществления предла гаемого способа содержит генератор1 псевдослучайной последовательностии генератор 2 импульсов, которые через переключатель 3 подклюцены к буферному каскаду 4, выходы каскада 4через разделительные конденсаторы(не показаны) подключены ко входамждущих мультивибраторов 5, скважность 10которых регулируют переменными резисторами 6, выходы ждущих мультивибраторов 5 подключены к входам сумматора 7, выходкоторого через первыйконтакт переключателя 8 подключен к 15усилителю 9 мощности, выходы усили"теля 9 мощности через одни контактыпереключателя 10 подключены одновременно или выборочно к контурам накац"ки пазонных систем электрической модели 11, содержащим входы 12 и выходы 13. Кварцевый генератор 14 синусоидальных колебаний через усилитель 15подключен к второму контакту переключателя 8, генератор 16 низкочастотных 25колебаний через переключатель 17 иисточник 18 постоянного смещения подключен одновременно или выборочно через другие контакты переключателя 10к соответствующим контурам накачки.Входы 12 и выходы 13 пазонных системэлектрицеской модели 11 в зависимости от модулированного оригинала используют непосредственно или коммутируют и подключают к соответствующим измерительным приборам.,Устройство также содержит. общей вы-ход 19.Электрицеская модель содержит 1-Ипазонных систем, каждая из которых 40содержит два магнитных сердечника собмотками накачки, которые соединеныпоследовательно и согласно и подклю"чены к переменному резистору 20 усилителя мощности, активные потери в конту 4ре накачки учитываются сопротивлениемрезистора В,пазонные системы питаются от генератора напряжения, поэтомурезисторы К значительно больше репзисторов 20 и последними при расчетах1 пренебрегают, резонансными обмотками,соединенными последовательно и встречно, последовательно с которыми подключен резистор К, резонансные обмоткис Ре истором К зашунтированы конденсатором С. Входной сигнал подаетсяв резонансный контур (вход 12 системы1 ) одновременно или раздельно. Вьходы 13 пазонных систем подключают к измерительным приборам или дополнительному сумматору раздельно, выходсумматора 21 и общий выход 19 устройства при последовательном соединениипазовых систем подключают к измерительным приборам,Число витков обмоток накацки ирезонансных выбирают одинаковыми иравными И,Способ моделирования явлений впространственно"временной структуреосуществляют следующим образом,При моделировании обьемной структуры входы 12 пазонных систем подключают к общему источнику сигнала(фиг, 3), тогда соответствующие выходы 13 будут соответствовать полезным сигналам координат Х, У, Е. Используя общий источник на входе исумматор 21 на выходе структуры(фиг. 4), можно моделировать разнородные материалы в структуре, расположенные параллель,но. Схема, изображенная на фиг. 5, позволяет моделировать структуры с последовательно соединенными разнородными материалами .Способ соединения, приведенный нафиг, 6, можно использовать для моделирования различных плотностей частиц в однородных или неоднородных материалах. Подавая разные сигналы навходы пазонных систем и регистрируясигналы на выходе раздельно (фиг.7),можно использовать однородные и неоднородные материалы, собранные ввиде сложной структуры. Явления впространственно-временной структуре,в том числе и квантовой, описываютсяволновыми уравнениями, подобно уравнениям для электромагнитных или звуко.вых волн, причем для многих классовзадач состояние электрона в силовомполе определяется амплитудным уравнением Шредингерай 1с 1 х5 1.") Ц 0Ь - универсальная постояннаяПланка.Уравнение (1) описывает движение микрочастицы в ограниченной области пространства. Уравнение (1) имеет ,рещение при строго определенных (дискретных) значениях параметра где и - главные квантовые числа, которые называются собственными значециями частицы, а- собственные волновые Функции. При движении свободного электрона, т.е. при (7(х)=0), уравнение.йредингера не накладывает никаких ограничений на его энергию Е, она не квантуется и может принимать любое значение.Рассмотрим процессы в резонансном контуре отдельной пазонной системы (первая ячейка на фиг. 2). Согласно . 20 закону Кирхгофа уравнение движения в колебательном контуре можно записать в виде где п и Б- ток и напряжение и-йрезонансной ячейки;30Ь - динамическая индуктивностьь;- активные потери;- линейная емкость ячейки, 35Умножим первое уравнение системы на п, а второе -.на Б. После преобразования получим уравнение для потока энергии в линии (уравнение энергетического баланса):Зо.п) а п СЦ,гйи в В452 2 КдС С учетом принятых обозначений изменение потока энергии пропорционально изменению энергии в энергоемких элементах (выражение в скобках оправа), 50 мощности потерь на резисторе и мощносЭ 1.ати вносимой, в систему (прис 0)Ф зГЭта и отбираемой из системы (при "-О)Эс 5 б благодаря интегральной модуляции переменного параметра генератором накачках,ки, Прис. О энергия вносимая ваЭ Я = (пя +1/2)сд И(р где пИ = О, 1, 2, 3,; иЯ - минимальная порция (квант) энергии - фотон; 3 - постоянная Планка.(2)ох ф 02 6контур, может компенсировать энергию., рассматриваемую на резисторе Кь, т,е.и К и д 1.г г при равенствеи2 2 дс Формально можно считать К= 0, при этом в контуре будут наблюдаться свободные колебания, Компенсация К позволяет передавать сигналы последовательно в другие пазонные системы.Полученные результаты показывают, что скорость изменения переменного параметра позволяет внести кроме энергии и понятие положительного или отрицательного обменного импульса, рав 31 л ного произведению-- . Формальноь Ясполученные результаты можно интерпретировать для кристаллической ячейки следующим образом. При снижении температуры проводника столкновение электронов с узлами решетки уменьшается, электроны не отдают своей энергии, а наоборот, поглощают соответствующие Фотоны, при этом увеличивается их средняя длина свободного пробега, равная 9 , При наличии ускоряющего поля в структуре электроны из одной ячейки без "трения" будут переходить в следующие ячейки кристаллической решетки, т.е. появляется ток, не участвующий всоздании джоулева тепла .а(.) Их О.Под действием внешних сил во многих объектах распределение заряженных и нейтральных (атомов и молекул) части может испытывать пространственно-временную модуляцию. Однородность частиц приводит к периодическому рас" пределению частиц и к периодическому распределению потенциальной энергии. Наличие примесей в объектах приводит к нарушению периодичности структуры объекта и соответственно потенциальной энергии. Кроме того, тепловые процессы вызывают колебания узлов решетки или центоров неоднородностей. Каж" дое колебание обладает энергией и импульсом, так называемые фотоны. Энергия нормального колебания с частотой квантована подчиняется законуФизические процессы в энергетических структурах определяются взаимодействиями электронов с фотонами,рассеяния Фотонов Друг на друга и ЯРТаким образом, свойство неоднородностей распределения заряженных частиц (электронные пучки, плазма, сплавы и т,п.) и твердые тела обусловле-,ны особенностями взаимодействия электронов электромагнитных или электронных волн с периодичностью распределения энергии в объекте, Точное определение функции потенциальной энергии представляет большие трудности, 15поэтому для анализа основных законоИерностей поведения частиц иона используются упрощенные модели, например, в виде прямоугольных потенциальных ям, без учета примесей и тепловых 20процессов. Однако в реальных структурах потенциальная энергия ц имеетнепериодический характер в связи стем что В узлах чередуются ионы металлов и металлоидов.Способ моделйрования формы потенциальной энергии можно осуществитьследующим образом. Используют нелинейную зависимость динамической индуктивности .д от токанакачки.По обмоткам накачки пазонной системыпропускают ток х, накачки сложнойформы, которая определяется параметрами (структурой) оригинала . Рабочуюточку на кривой Т,ц ( ) задают током 35смещения, Выбранному режиму возбуждения модели будет соответствовать непериодическое изменение во времени динамической индуктивности,Полученные теоретические экспериментальные результаты позволяют сделать следующие выводы.На основе тождества амплитудногоуравнения Шредингера и уравненийМатье-Хилла и аналогий между явлениями процессы в пространственно-временной структуре с непериодической потенциальной энергией можно моделировать. электрической структурой, состоя 5 Ощей из пазонных систем и возбуждаемых негармонической накачкой.Установленные соответствия переменнь 1 х и параметров указанных структур позволяют утверждать, что интегральная модуляция переменного параметра приводит к квантовопазонным эффектам обмена энергией между источникоммодуляции параметра и осциллятором(частицей, волной, колебаниями ит,п,),Принцип интегральной модуляции переменного параметра проявляется какмеха низм, обеспечивающий взаимодействие продуктов колебания и волны периодической структуры с соответствующими значениями функции и внешними г: здействиями, Системь: с переменными параметрами позволяют моделировать такие явления как сцерхпроводимость,в том числе иэффекты Джозефсона, процессы в плазме,твердом теле и др.Таким образом, предлагаемые способ и устройство значительно расширяют возможности известных устройствдля моделирования различных явлений вструктурах, что позволяет расширитьнаши знания как о макро-, так и о,микросистемах,Формула изобретенияСпособ моделирования явлений в пространственно-временной структуре, включающей интегральную модуляцию энергоемкого параметра пазонных систем электрической структуры, изменение интервала времени между экстремумами изменения параметра за период, при выполнении условий квантового пазонного резонанса возбуждают колебания в пазонных системах путей квантования и вложения энергии в средние собственные колебания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, выбирают пазонные системы и соединяют их между собой согласно структуре исследуемого оригинала, размещая пазонные системы в предполагаемые узлы решетки или центры неоднородностей, задают значения периода модуляции динамического энергоемкого параметра пазонных систем кратными значениями процессов. между узлами решетки или центрами неоднородностей, а величины амплитуд динамических параметров- пропорциональными амплитудам потенциальных энергий соответствующих узлов, задают значения обменных импульсов энергией, равными произведению значений тока резонансных контуров пазонных систем и скорости изменения динамического параметра, пропорциональными энергии частиц, значения частоты следования импульсов, кратными частотам колебаний частиц, значе 1554002 1 Ония амплитуды и частоты средних собственных колебаний резонансных контуров пазонных систем пропорциональными соответствующим амплитудам и часто 5 там волновых и роцессов в ори ги нале, по выбранным параметрам электрической модели выбирают геометрические, электрические, энергетические параметры пазонных систем, возбуждают сложные 10 пазонные колебания в пространственно- временной электрической структуре и осуществляют электродинамическое воспроизведение явлений в оригинале.152. Устройство для моделирования явлений в пространственно-временной структуре, содержащее буферный каскад, кварцевый генератор, сумматор и усилитель мощности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно содержит генератор псевдослучайной последовательности, генератор импульсов, переключатели, ждущие мультивибраторы с регулируемыми переменными резистора ми, гвнератор низкочастотных колебаний, источник постоянного. смещения, электрическую модель, содержащую пазонные системы, и второй сумматор,причем генератор псевдослучайной последовательности и генератор импульсоачерез первый переключатель соединеныс буферным каскадом, выход которогочерез разделительные конденсаторы подключен к входам ждущих мультивибраторов, их выходы подключены к входамсумматора, выход сумматора через первый контакт второго переключателяподключен к усилителю мощности, переменные резисторы выходов которого чгрез третий переключатель соединены сконтурами накачки пазонных системэлектрической модели, кварцевый генератор через усилитель подключен к второму контакту второго переключателя,генератор низкочастотных колебанийчерез четвертый переключатель и источник постоянного смещения подключенк другим контактам третьего переключателя, входы пазонных систем электрической модели через третий переключатель, источник постоянного смещения,четвертый переключатель подключенык генератору низкочастотных колебаний,выходы пазонных систем подключены кизмерительным приборам и второму сумматору электрической модели.155 Й 002 ктор Н, Ревс акта ин Заказ ч 58 тираж 386 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д,иям при ГК Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина", 101 оставител ехред А.К В. Немцеввчук