Нелинейные электрические колебания в электронной цепи. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

УДК 621.3.01:537.86(075.8) ББК 31.21я73 В686

заместитель генерального директора по качеству ОАО «ТНИИС» (г. Таганрог),

измерительных технологий и систем Института нанотехнологий,

В686 Нелинейные электрические колебания в электронной цепи : учебное

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………......... 5

1. ГРАФИЧЕСКИЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ОПЕРАТОРЫ ИН­ВАРИАНТНОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОННОЙ ЦЕПИ РЕГЕНЕРА­ТИВНОГО УСТРОЙСТВА …………………………………………

1.1. Основные уравнения теории нелинейных двух- четырехпо-

9

2.2. Модель прямого включения четырехполюсного НЭ ………. 35

2.3. Эквивалентная схема обратного включения составного НЭ ... 37

2.7. Оценка влияния отрицательной обратной связи в электрон-

ной цепи …………………………………………………................

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

3.4. Дифференциальное уравнение и условие самовозбуждения гармонических колебаний в триодном автогенераторе …………

3

Оглавление

Учебное пособие посвящено вопросу создания нелинейной теории, инженерных математических моделей и алгоритмов решения задач сим­вольного анализа и конструктивного синтеза, позволяющих проектировать конформную аналоговую радиоэлектронную (РЭА) и цифровую элек­тронно-вычислительную аппаратуру (ЭВА). По данной проблеме опубли­кован ряд учебных пособий и монографий, статей и докладов [1–27].

Инженерный подход требует обязательно учитывать конфигурацию реального технического объекта, представляющего собой систему элек­тронных приборов (ЭП) и питающих проводников различного назначения. Его алгоритмы направлены на диагностику и оптимизацию размеров фраг­ментов приборов и аппаратуры, минимизацию теплового сопротивления и потерь энергии в них путем создания микровакуумных и полупроводнико­вых структур с развитой периферией и конструктивную модернизацию су­ществующей электронной компонентной базы без изменения технологии её производства. Габариты деталей и конструктивно-технологическое ис­полнение (КТИ) узлов самих ЭП предполагаются значительно меньшими длины волны ЭМ поля и рассматриваются как точечные области в окружа­ющем пространстве. В свою очередь конструкция технического объекта определяет строение (последовательность соединения межэлектродных об­ластей ЭП проводниками) и электрическую структуру, описывающую пути циркуляции обобщенного тока снаружи и внутри несущей платформы. За­дача уменьшения энергопотребления и нагрева совокупности ЭП решается на основе законов сохранения энергии и заряда, электростатической и элек­тромагнитной (ЭМ) индукции, путем выполнения требований соизмеримо­сти длительности пролета электронов с периодом ЭМ колебаний, коллинеарности векторов скорости элементарных заряженных частиц и напряженности электрического поля, когерентности их изменения в про­странстве и времени [1–27].

5

Введение

Для реализации инженерного подхода сформулированы этапы мето­дологии теоретического и экспериментального моделирования эффектов синфазного и противофазного суммирования сигналов, сопровождаемых явлениями дифракции и интерференции в открытой интеграции множества дискретных ЭП, и управления интенсивностью сигналов в реальном мас­штабе времени. Показано, что проблема достоверной формализации кол­лективно взаимодействующих потоков электронов и ЭМ поля в общем виде устраняется использованием методов эквивалентных схем и неавто­номных блоков без применения принципа суперпозиции, конкретизации типа источника ЭДС и направлений токов и напряжений при составлении уравнений состояния. При этом используются теоремы Телледжена или Рамо, уравнения Максвелла и Лоренца, законы Ома и Джоуля Ленца, поня­тия многополюсника и первеанса, как проводимости ЭП при токе насыще­ния и т.д. [28–57]. Они обеспечивают корректное решение базовой задачи синтеза электрической структуры РЭА и ЭВА, функционирующей в ЭМ поле – разработку критериев её физической реализуемости из идеализиро­ванных энергоемких и резистивно-негатронных двух- и четырехполюсни­ков. Импедансная оценка граничных условий и резистивно-негатронная модель дискретных ЭП с электростатическим управлением и регенератив­ных устройств на их основе следует из инженерного алгоритма инвариант­ного представления наведенного тока и методики символьного анализа, используемой в методе неавтономных блоков. Они позволяют корректно применить разные эквивалентные схемы ЭП, совместить решение основных задач электро- и радиотехники, сформировать целевую функцию энергети­ческой оптимизации, минимизировать влияние недостатков моделей изде­лий радио-, микро- и наноэлектроники как имеющих бесконечно большие поперечные размеры [44–48].

6

Введение

7

Введение

9

цепи в виде многополюсного инварианта

3) получить математические выражения целевой функции в теории электронной компонентной базы, экстремальное значение которой (с энер­гетической точки зрения) ищется в явном аналитическом виде на допусти­мом интервале граничных условий. Она задает алгоритм синхронной оптимизации нагрузки и внутреннего сопротивления зависимых (или управляемых) источников сигналов, коэффициента усиления и мощности регенеративного устройства.

Отметим, что:

1. Число n соответствует количеству вакуумных или полупроводни­ковых электронных приборов (ЭП), расположенных снаружи и внутри раз­рабатываемой конформной радиоэлектронной и электронно-вычисли­тельной аппаратуры (РЭА и ЭВА).