Для пояснения поведения открытых систем и их постижения удобным является использование аппарата нелинейных колебательных систем, разработанного в радиоэлектронике и связи, на фазовых портретах, изображенных на рис.3.
Рис.3. Виды режимов возбуждения колебательных и самоорганизующихся систем
Первая автогенераторная система называется системой с мягким возбуждением – любой электрический толчок (например, подключение источника питания) наводит в резонансной структуре некоторое иm и система из первоначального состояния неустойчивого равновесия (иm= 0) попадает в область Р+ > Р– (причем с плюсом – активность, с минусом – пассивность). При этом избыток энергии DР > 0 тратится на увеличение напряженности поля в резонаторе. Этот процесс продолжается до точки устойчивого динамического равновесия при иm = иs (движение показано стрелкой). Если какая-то внешняя сила выведет систему из этого состояния, например в область Р->Р+, то DР <0 и система должна уменьшить иm, так как энергии источника недостаточно для поддержания колебаний с такой амплитудой. Следовательно, система самостоятельно вернется в точку равновесия иm = иs (стрелка направлена справа налево). Во втором случае режим самовозбуждения называется жестким. В начальной области (малые иm) Р– > Р+ и поведение системы аналогично только что рассмотренному случаю автогенератора с мягким возбуждением – система вернется в точку устойчивого равновесия при иm = 0 (стрелка к началу координат). Таким образом, для выведения системы из состояния равновесия к ней необходимо приложить некоторый первоначальный толчок, обеспечивающий попадание ее в область иm > иs1. Поведение системы с жестким возбуждением при иm > иs1 в точности такое же, как и у автогенератора с мягким режимом самовозбуждения. Точка иm = иs1 является точкой неустойчивого равновесия.
В нижней части рис.3 показано поведение мягкого и жесткого возбуждения автогенераторов на фазовой плоскости. Точкам равновесия на фазовой плоскости соответствуют предельные циклы колебаний (выделены жирными замкнутыми линиями). В теории колебаний доказаны теоремы существования и единственности предельных циклов.
Наличие на фазовой плоскости у некой исследуемой колебательной системы устойчивого предельного цикла свидетельствует о существовании в ней незатухающих колебаний.
Для всех типов генераторов общий принцип генерирования колебаний таков: генерирование колебаний есть процесс преобразования энергии некоторого источника (не обязательно электромагнитной природы) в энергию электромагнитных колебаний (или волн).
Таким образом, существуют два основных способа получения колебаний: за счет энергии источника постоянного тока (к примеру, электронные приборы) или за счет преобразования одних электромагнитных колебаний в другие с нужными параметрами (например, частотой). Наиболее характерными примерами последнего способа получения колебаний являются параметрические и квантовые генераторы.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему