2.1.4 橋式電路中的混沌現象

自從電學的知識系統建立以來，特別是自由電子發現以來，電學按照兩個方向發展：第一個方向是傳輸能量，對應專業是電力工業，又稱強電；第二個方向是傳送信息，對應專業是電子學專業，又稱弱電。本章主要討論弱電而不討論強電，這一節涉及強電，仍然按照弱電的思想予以敘述，核心是強電中的混沌問題且用弱電的方法予以驗證。

電力傳輸工業的發展歷經一個多世紀，是第二次工業革命的核心，對于人類的科技發展至關重要，但是完備的理論體系建立至今只有二十幾年的歷史，并且還沒有得到很好的普及。

電力傳輸的理論與實踐側重于兩個方面：一個方面是全局的電網運行穩定性；另一個方面是局域的電力供應穩定性。后者的典型案例是交直流變換中不同類型的負載影響了整體電路的穩定性，例如整流器件導致系統的不穩定。整流設備的核心器件（如二極管、晶閘管等）將線性系統改變成了非線性系統，這是問題的關鍵。

1980年，林森在做二極管電路的非線性實驗時發現了其中的混沌行為[21]，他是最早有意識地發現電路中的混沌問題的科學家。

供電混沌電路之一是半波整流電感負載電路。半波整流電感負載電路只有兩個線性電路元件，驅動系統是正弦交流電壓，電路獨立物理量有三個：二極管兩端電壓、電感器兩端電壓與回路電流。在電子測量技術中最常用的是示波器，示波器只能測量電壓而不能測量電流，因此本電路電流測量方法是在回路中串聯一個阻值很小的電阻（稱為取樣電阻），將流過的其電流變成電壓供示波器測量，這個電壓首先使用兩個電壓跟隨器取出電壓，再經過放大送到示波器，如圖2.27所示。

半波整流電感負載電路EWB軟件仿真結果如圖2.28所示。圖中所示的是相圖，橫坐標電壓是信號源正弦波電壓，縱坐標電壓是電感器上的電壓。由圖可見，該電路呈現混沌狀態。

供電混沌電路之二是半波整流RLC負載電路。將上面的負載電感器替換為電感、電阻、電容串聯的電路，則EWB軟件仿真結果如圖2.29所示。

供電混沌電路之三是橋式整流電路混沌，電路結構是正弦交流供電-橋式二極管傳輸-電阻負載，EWB軟件仿真結果如圖2.30所示。

從正弦交流供電到橋式二極管傳輸再到電感負載混沌的EWB軟件仿真如圖2.31和圖2.32所示，分別是非自治電壓-負載電流相圖與非自治電壓-負載電壓相圖。