Конкурс операционных усилителей: скульптура-маяк мерцает в ритме хаоса

Операционные усилители обычно используются для создания схем обработки сигналов, таких как усилители, интеграторы и генераторы. Их функциональность можно описать математическими формулами, имеющими единственное четко определенное решение. Однако не каждая схема ведет себя так хорошо, как знаменито показал Леон Чуа в начале 1980-х годов: если вы создадите схему с тремя реактивными элементами и нелинейной составляющей, результирующие колебания будут хаотичными. Каждый цикл выходного сигнала будет немного отличаться от своих предшественников, и схема может переключаться между разными частотами.

Свет, модулированный хаотичным сигналом, будет мерцать, как пламя свечи, и именно этот эффект искал [MaBe42], когда строил круговую скульптуру в форме маяка. Его пять светодиодов разного цвета управляются схемой, известной как схема хаотического рывка Спротта. «Рывок» в данном контексте — это производная переменной третьего порядка по времени — соответственно, в схеме используются три RC-интегратора для реализации дифференциального уравнения, а также диод для обеспечения нелинейности.

Маяк имеет три хаотических осциллятора, по одному на каждой опоре. Их выходы используются для управления простыми широтно-импульсными модуляторами, которые питают светодиоды в верхней части башни. [MaBe42] использовал классический операционный усилитель LM358 для большинства схем вместе с диодами 1N4148, где это возможно, и 1N4004, где это необходимо – не из-за их более высокой номинальной мощности, а из-за более прочных выводов. Как это часто бывает в схематических скульптурах, электронные компоненты также являются частью конструкции башни, и она должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать высоту 46 см.

[MaBe42] использовала 3D-печатные приспособления для сборки различных сегментов, тестируя каждую схему перед интеграцией ее в общую структуру. Конечным результатом является красивое украшение для любой лаборатории электроники: каркасная конструкция со свободно висящими электронными компонентами и хаотично мерцающими лампочками сверху. Хотите узнать больше о круговой скульптуре? Посмотрите этот замечательный доклад с Remoticon 2020.