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Poichè il circuito contiene due elementi
reattivi esso è un sistema dinamico non lineare del secondo ordine.
Per dimostrare che per R<R* il circuito funziona da oscillatore
è quindi necessario dimostrare che per R<R* il circuito
ammette un ciclo limite stabile come unico attrattore. Per calcolare la
frequenza f(R) nell'intervallo precisato non si può
che ricorrere ad un package di simulazione di sistemi non lineari a tempo
continuo, a meno di approssimare la funzione f(R) con la
funzione:
dove è la parte immaginaria degli autovalori dello Jacobiano calcolato nell'equilibrio instabile contenuto all'interno del ciclo. EQUAZIONI DI STATO:
e dalla legge del condensatore:
Nel caso specifico, tenendo conto della caratteristica
del BNL, si ottiene:
Le (1,2) rappresentano un sistema non lineare del secondo ordine. EQUILIBRI E CICLI
:
e che per aR>1si
hanno anche altri due stati di equilibrio:
Lo Jacobiano è dato da:
e, pertanto, nell'equilibrio(l'origine
dello spazio di stato) si ha:
Poichè:
segue che traccia e determinante dello
Jacobiano sono positivi per
Poichè aR<1
quando la (3) è verificata, si può concludere che per R<R*
il sistema ha un unico equilibrio (l'origine dello spazio di stato) e che
tale equilibrio è un repulsore (fuoco instabile o nodo instabile).
La dimostrazione dell'esistenza del ciclo G
si può fare usando il criterio di Poincarè che afferma (vedi
Fig.3) che esiste un ciclo stabile in una corona delimitata
da due linee chiuse C1 e C2 se tali
linee sono attraversate dalle traiettorie dall'esterno verso l'interno
e se nella corona non esistono stati di equilibrio.
D'altra parte, per R<R*, l'origine è
l'unico stato di equilibrio per cui la corona di Fig.3
non contiene equilibri qualsiasi sia la linea C2. Infine,
per dimostrare che esiste una linea chiusa C2 attraversata
dalle traiettorie nel modo indicato in Fig.3
si può considerare come linea C2 una linea di
livello
della funzione energia
e verificare che per valori di k sufficientemente
elevati
sull'ellisse V(x)=k. Infatti:
e poichè sulla linea C2
risulta:
La funzione
è mostrata in Fig.4 dove:
Pertanto se ,
cioè se
è negativa su tutta la linea C2 corrispondente
a V=k.
E' interessante notare che la discussione fatta sul segno di può essere interpretata dal punto di vista energetico perchè il termine che compare in rappresenta la potenza dissipata nel resistore, mentre il termine rappresenta la potenza scambiata dal bipolo non lineare col resto del circuito. Affermare che è negativo sulla linea C2 individuata da V=k con k che soddisfa la (4) è allora equivalente ad affermare che su C2 la potenza dissipata nel resistore è maggiore della potenza eventualmente immessa nel circuito dal BNL. Per dimostrare che il quadro delle traiettorie è
effettivamente quello mostrato in Fig.2 andrebbe
ancora dimostrato che il ciclo G
è unico. Tale dimostrazione è tutt'altro che semplice e viene
pertanto omessa.
FREQUENZA
DI OSCILLAZIONE:
Il risultato così ottenuto può essere
utilmente confrontato con la frequenza
dove
è la parte immaginaria degli autovalori
dello Jacobiano J1 (in altre parole
è la pulsazione delle oscillazioni (ampliantesi) della corrente
x1
e della tensione x2 nell'intorno dell'origine). Poichè
si ottiene:
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APPLICAZIONE PRECEDENTE |
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APPLICAZIONE SUCCESSIVA |