2.1.4 桥式电路中的混沌现象

自从电学的知识系统建立以来，特别是自由电子发现以来，电学按照两个方向发展：第一个方向是传输能量，对应专业是电力工业，又称强电；第二个方向是传送信息，对应专业是电子学专业，又称弱电。本章主要讨论弱电而不讨论强电，这一节涉及强电，仍然按照弱电的思想予以叙述，核心是强电中的混沌问题且用弱电的方法予以验证。

电力传输工业的发展历经一个多世纪，是第二次工业革命的核心，对于人类的科技发展至关重要，但是完备的理论体系建立至今只有二十几年的历史，并且还没有得到很好的普及。

电力传输的理论与实践侧重于两个方面：一个方面是全局的电网运行稳定性；另一个方面是局域的电力供应稳定性。后者的典型案例是交直流变换中不同类型的负载影响了整体电路的稳定性，例如整流器件导致系统的不稳定。整流设备的核心器件（如二极管、晶闸管等）将线性系统改变成了非线性系统，这是问题的关键。

1980年，林森在做二极管电路的非线性实验时发现了其中的混沌行为[21]，他是最早有意识地发现电路中的混沌问题的科学家。

供电混沌电路之一是半波整流电感负载电路。半波整流电感负载电路只有两个线性电路元件，驱动系统是正弦交流电压，电路独立物理量有三个：二极管两端电压、电感器两端电压与回路电流。在电子测量技术中最常用的是示波器，示波器只能测量电压而不能测量电流，因此本电路电流测量方法是在回路中串联一个阻值很小的电阻（称为取样电阻），将流过的其电流变成电压供示波器测量，这个电压首先使用两个电压跟随器取出电压，再经过放大送到示波器，如图2.27所示。

图2.27 半波整流电感负载电路测量方法

半波整流电感负载电路EWB软件仿真结果如图2.28所示。图中所示的是相图，横坐标电压是信号源正弦波电压，纵坐标电压是电感器上的电压。由图可见，该电路呈现混沌状态。

图2.28 半波整流电感负载电路EWB软件仿真结果

供电混沌电路之二是半波整流RLC负载电路。将上面的负载电感器替换为电感、电阻、电容串联的电路，则EWB软件仿真结果如图2.29所示。

图2.29 半波整流RLC负载电路EWB软件仿真结果

供电混沌电路之三是桥式整流电路混沌，电路结构是正弦交流供电-桥式二极管传输-电阻负载，EWB软件仿真结果如图2.30所示。

图2.30 正弦交流供电-桥式二极管传输-电阻负载混沌EWB软件仿真结果

从正弦交流供电到桥式二极管传输再到电感负载混沌的EWB软件仿真如图2.31和图2.32所示，分别是非自治电压-负载电流相图与非自治电压-负载电压相图。

图2.31 交流供电-无耗传输-电感性传输的电压-负载电流相图

图2.32 交流供电-无耗传输-电感性传输的电压-负载电压相图