nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Categories:

Эзотерическая схемотехника, генерация субгармоник (2)

В декабре задал каверзный вопрос - может ли "пассивная схема" из резисторов, конденсаторов, катушек и обычных диодов (не туннельных, лавинных, обращённых и пр) из одной частоты, поданой на вход, получить другую частоту, НИЖЕ первой?

Мне казалось, что у меня готов ответ, только осмыслить его, хорошо сформулировать, а ещё спаять схему для подтверждения. Но что-то пошло не так - я до сих пор не знаю ответа на этот вопрос!

Что точно возможно - так это "механическая аналогия" данного процесса. С ней, думаю, сталкивался каждый, не обращал особого внимания и надеялся, что это скоро прекратится.

Я говорю о небольших предметах на вибрирующей поверхности.


(видео не моё)

Динамик вибрирует на звуковой частоте, его движение глазом заметить нельзя, это всё-таки десятки-сотни герц. А вот предметы на нём совершают некий колебательный процесс, но уже на сверхмалых частотах, менее герца, так что мы отчётливо видим их перемещение.


Вибрирующая поверхность - это наш "входной сигнал". Масса предмета в чём-то эквивалентна действию индуктивности в электрических схемах (в других электромеханических аналогиях это получится ёмкость). Гравитацию можно представить как источник постоянного напряжения (в других аналогиях - источник тока). А сила реакции опоры поверхности, как мне показалось, эквивалентна диоду! Есть две "ветви характеристики" - либо предмет не касается поверхности, тогда сила, действующая между ними, равна нулю, и перемещение может быть произвольным. Либо предмет коснулся поверхности и "хотел бы" пройти сквозь неё, но возникла сила реакции опоры, и теперь они будут двигаться совместно, а сила будет практически произвольной (пока что-нибудь не продавится или порвётся). Такая вот "односторонняя проводимость" - поднять можно, опустить ниже поверхности нельзя.

По-моему, никто в здравом уме не назовёт шарик на столе "усилительным прибором". Усилительный прибор позволяет управлять более мощным "источником энергии" от слабого сигнала, но здесь ничего такого не происходит. Тем не менее, получение более низкой частоты из более высокой определённо происходит!

Увы, сходу найти "эквивалентную электрическую схему" из диода и пассивных компонентов мне не удалось. Сила реакции опоры напоминает чем-то диод, но какие я не пытался приводить электромеханические аналогии - найти точного совпадения пока не смог. Скажем, самая частая аналогия, когда напряжение сопоставляется с силой (в ньютонах), а ток - со скоростью (в метрах в секунду). Их произведение и там, и там - это мощность в ваттах. Аналогом пружины становится конденсатор (интеграл скорости, т.е перемещение, пропорционально силе натянутой пружины, как и в конденсаторе Q=CU). Аналогом массы становится катушка индуктивности (производная скорости, т.е ускорение, пропорционально приложенной силе). Аналогом вязкого трения становится резистор. А вот диод, увы, становится скорее аналогом какого-нибудь храповика или обгонной муфты ("трещётки") - либо идёт передача движения ("ток равен нулю", т.е друг относительно друга две части сдвигаться не могут, а "напряжение", т.е сила, произвольное), либо идёт "свободный ход" (ток произвольный, а напряжение практически нулевое).

А между реакцией опоры и обгонной муфтой есть существенная разница. Первая "реагирует" на координату объекта. грубо говоря, если поверхность задаётся как y=0, то до тех пор, пока y-координата объекта больше нуля, сила не действует, а когда она достигает нуля - прикладываем такую силу, чтобы объект не "провалился", т.е координата не стала меньше нуля. Обгонная муфта же реагирует не на координату, а на скорость - если скорость цепи пытается стать выше скорости колеса, муфта сцепляется и передаёт крутящий момент.

Дальше я пытался просто придумать схему, где происходило что-то похожее на этот шарик, прыгающий по вибрирующей поверхности. Казалось, что должно заработать нечто такое:



Когда поступает положительная полуволна (или импульс - я потом для упрощения стал с импульсами играться) - за счёт катушки индуктивности конденсатор заряжается до удвоенного амплитудного значения. Это аналог шарика, который при стремительном движении поверхности вверх разогнался и оторвался от плоскости. Дальше, на отрицательных полуволнах конденсатор потихоньку разряжается через резистор, причём несколько последующих импульсов / полуволн никакого действия не оказывают. А затем напряжение становится ниже, и конденсатор получает очередной "пинок" - и снова отправиться в своё путешествие.



Здесь мы действительно видим половинную гармонику!

Увы, она является затухающей. Конденсатор не успевает разрядиться до нуля, поэтому и "пинок" получает недостаточно сильный, из-за чего в следующий раз мы "цепляемся" за ближайший импульс, и довольно быстро приходим к такой безрадостной картине:

Тут никаких субгармоник уже нет.

Всячески извращался - получить устойчивую субгармонику пока не могу. Диод вроде бы позволяет обеспечить "дозированную подачу энергии" - это непременное условие для возникновения автогенерации. Но вот получается как-то не в той фазе...

В ситуации с шариком на вибрирующей поверхности, поверхность за считанные мгновения передаёт шарику свою скорость, а затем шарик её "интегрирует", свободно подлетая, а потом падая под действием силы тяжести. Вот и здесь я пытался пристроить "интегратор" в виде катушки индуктивности, но её возможности очень ограничены. Амплитуда шарика может быть на несколько порядков выше амплитуды поверхности, а здесь удаётся поднять напряжение всего вдвое. И потом даже если линейно умудриться понижать напряжение до нуля, мы уже за первый же импульс "зацепимся". А если понижать медленнее - то к следующему импульсу на ноль уже не выйдем, и начнётся затухание.

Кажется, что сделай конденсатор "нелинейным", на манер аккумулятора, чтобы он довольно держал своё номинальное напряжение, а потом очень быстро "сваливался" в ноль - и тогда действительно получится пропустить нужное количество импульсов, а затем всё начинать сначала.

Либо нужно заменить катушку индуктивности какой-то ещё более "тормозной" цепью, чтобы она могла "всосать в себя" много энергии при открытом диоде, но это не отразилось бы мгновенно на напряжении на выходе, получить недостающий фазовый сдвиг хотя бы на 90°...



Вот и не пойму, есть ли здесь какое-то "теоретическое ограничение" и мои потуги схожи с изобретением вечного двигателя? Или лишь самую малость не докрутил?
Tags: простые вещи, странные девайсы
Subscribe

  • Нахождение двух самых отдалённых точек

    Пока компьютер долго и упорно мучал симуляцию, я пытался написать на ассемблере алгоритм захвата на ближней дистанции. А сейчас на этом коде можно…

  • Слишком общительный счётчик

    Вчера я чуть поторопился отсинтезировать проект,параметры не поменял: RomWidth = 8 вместо 7, RamWidth = 9 вместо 8, и ещё EnableByteAccess=1, чтобы…

  • Балансируем конвейер QuatCore

    В пятницу у нас всё замечательно сработало на симуляции, первые 16 миллисекунд полёт нормальный. А вот прошить весь проект на ПЛИС и попробовать "в…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 26 comments

  • Нахождение двух самых отдалённых точек

    Пока компьютер долго и упорно мучал симуляцию, я пытался написать на ассемблере алгоритм захвата на ближней дистанции. А сейчас на этом коде можно…

  • Слишком общительный счётчик

    Вчера я чуть поторопился отсинтезировать проект,параметры не поменял: RomWidth = 8 вместо 7, RamWidth = 9 вместо 8, и ещё EnableByteAccess=1, чтобы…

  • Балансируем конвейер QuatCore

    В пятницу у нас всё замечательно сработало на симуляции, первые 16 миллисекунд полёт нормальный. А вот прошить весь проект на ПЛИС и попробовать "в…