本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，該電路對經(jīng)典蔡氏電路的蔡氏二極管僅用一個(gè)運(yùn)算放大器u和三個(gè)電阻代替，簡化了電路的復(fù)雜程度。并且將經(jīng)典蔡氏電路中的耦合電阻替換為憶阻器，構(gòu)建了一種新型混沌信號發(fā)生器。

背景技術(shù)：

混沌是非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)所具有的一類復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為，它是確定性非線性系統(tǒng)的內(nèi)在隨機(jī)性。近幾十年，混沌科學(xué)獲得了前所未有的蓬勃發(fā)展，混沌的研究不僅具有重大的科學(xué)意義，而且具有廣泛的應(yīng)用前景。在混沌經(jīng)過幾十年發(fā)展的今天，在生物，力學(xué)，數(shù)據(jù)保密，電力電子等諸多領(lǐng)域起到了巨大的推動(dòng)作用。

蔡氏電路的實(shí)驗(yàn)電路制作簡單，對于蔡氏電路的研究與改進(jìn)一直是非線性科學(xué)的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，其結(jié)構(gòu)如下：一種改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，其特征在于：包括簡化蔡氏二極管、憶阻m、電容c1、c2、電感l(wèi)1；其中電容c1的正極端與憶阻m負(fù)極端相連(記做1端)，電容c1的負(fù)極端與電容c2的負(fù)極端負(fù)極端相連(記做1′端)，1′接地；電感l(wèi)1與電容c2并聯(lián)；蔡氏二極管的正負(fù)極分別與1端，1′端相連。所述的簡化蔡氏二極管包括運(yùn)算放大器u和三個(gè)電阻r1，r2，r3，運(yùn)算放大器u的正相輸入端接于1端。電阻r3的一端接地1′，另一端接在運(yùn)算放大器u的反相輸入端；電阻r1的一端接運(yùn)算放大器u的反相輸入端，另一端接在運(yùn)算放大器u的輸出端；電阻r2的一端接運(yùn)算放大器u的正相輸入端，另一端接在運(yùn)算放大器u的輸出端。所述的憶阻m包括電感l(wèi)2；二極管d1，d2，d3，d4構(gòu)成的二極管橋；電阻r0。二極管橋與電感l(wèi)2及r0構(gòu)成憶阻m。電感l(wèi)1的負(fù)極與電容c2正極相連，并接到憶阻m的正極。電容c1的正極，憶阻m的負(fù)極接于1端。二極管d1的負(fù)極與二極管d4的正極相連記作a端，二極管d1的正極與二極管d2的正極相連記作b端，二極管d2的負(fù)極與二極管d3的正極相連記作c端，二極管d3的負(fù)極與二極管d4的負(fù)極相連記作d端，b端串聯(lián)電感l(wèi)2，電阻r0接到d端。

所述改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路主電路如圖1所示含有四個(gè)狀態(tài)變量，分別為電容c1兩端的電壓v1，電容c2兩端的電壓v2，電感l(wèi)1的電流i3，電感l(wèi)2的電流i4。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，在經(jīng)典蔡氏電路中用憶阻替換的耦合電阻，可以作為一種新型混沌信號發(fā)生器。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)具體實(shí)施方案并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中：

圖1改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路；

圖2廣義二極管橋憶阻電路；

圖3狀態(tài)變量v1(t)–v2(t)平面數(shù)值仿真相軌圖；

圖4狀態(tài)變量v1(t)–i4(t)平面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖；

圖5狀態(tài)變量v1(t)–i4(t)平面數(shù)值仿真相軌圖；

圖6狀態(tài)變量v1(t)–i4(t)平面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖；

圖7狀態(tài)變量v2(t)–i3(t)平面數(shù)值仿真相軌圖；

圖8狀態(tài)變量v2(t)–i3(t)平面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖；

具體實(shí)施方式

數(shù)學(xué)建模：本實(shí)施例的一種改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，電路構(gòu)建如圖1所示，假設(shè)v1和v2分別為電容c1和c2兩端的電壓，i3和i4分別為流經(jīng)電感l(wèi)1和l2的電流。本發(fā)明采用的是廣義憶阻器，憶阻電流記作im。該憶阻的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

im＝(i4+2is)tanh(ρv2-ρv1)(1)

本次使用的二極管型號為ln4148，is是二極管反向飽和電流，n是發(fā)射系數(shù)，vt是熱電壓。其中，ρ＝1/(2nvt)，is＝2.682na，n＝1.836，vt＝25mv。

記流過簡化蔡氏二極管的電流為in，in的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

in＝gbv1+0.5(ga-gb)(|v1+bp|-|v1-bp|)(2)

式中g(shù)a是內(nèi)區(qū)間電導(dǎo)，gb是外區(qū)間電導(dǎo)，bp是內(nèi)外區(qū)間轉(zhuǎn)折點(diǎn)電壓。且在r1＝r2時(shí)有如下關(guān)系：

其中；r1＝1.73kω；r2＝33kω；r3＝33kω；

本設(shè)計(jì)采用型號為ad711kn的運(yùn)算放大器，提供±15v工作電壓，其中esat為運(yùn)算放大器的飽和電壓，esat≈13v。圖2所示的電容c1兩端的電壓記作v1，電容c2兩端的電壓記作v2，電感l(wèi)1的電流記作i3，電感l(wèi)2的電流記作i4，通過簡化蔡氏二極管的電流記作in，廣義憶阻電流記作im。改進(jìn)型蔡氏電路的數(shù)學(xué)模型可描述如下：

數(shù)值仿真：利用matlab仿真軟件平臺(tái)，可以對由式(4)所描述的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真分析。選擇龍格-庫塔(ode23)算法對電路描述方程求解，可獲得此電路狀態(tài)變量的相軌圖。典型電路參數(shù)c1＝5.6nf、c2＝33nf、r1＝33kω、r2＝33kω、r0＝50ω，l1＝20mh、l2＝100mh、esat＝13v，在電路狀態(tài)變量狀態(tài)初值為(0mv，0.01mv，0ma，0ma)時(shí)，對建模進(jìn)行數(shù)值仿真，仿真結(jié)果分別如圖3、圖5和圖7所示。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：本設(shè)計(jì)電阻使用的是精密型可調(diào)節(jié)電阻，電容使用的是獨(dú)石電容，電感是用手工繞制而成的。實(shí)驗(yàn)采用tektronixdpo3034數(shù)字存儲(chǔ)示波器捕獲測量波形，所用電流探頭由tektronixtcp312和tektronixtcpa300組合實(shí)現(xiàn)。分別對數(shù)值仿真中的相軌圖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖4、圖6和圖8所示。

對比結(jié)果可以說明：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種可產(chǎn)生改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，實(shí)驗(yàn)電路中觀測到的吸引子與電路仿真變換后的結(jié)果完全吻合，可以驗(yàn)證理論分析和數(shù)值仿真的正確性。因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路可產(chǎn)生混沌信號，可作為一種混沌信號源。

上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)型憶阻蔡氏混沌電路，包括由運(yùn)算放大器U和三個(gè)電阻R1，R2，R3構(gòu)成的簡化蔡氏二極管；電容C1，C2；電感L1；二極管橋廣義憶阻M。憶阻M由二極管橋、電感L2及R0等效實(shí)現(xiàn)。其中電容C1的正極端與憶阻M負(fù)極端相連(記做1端)，電容C1的負(fù)極端與電容C2的負(fù)極端負(fù)極端相連(記做1′端)；電容C2的正極端接憶阻M的正極端；運(yùn)算放大器U同相輸入端與1端連接，反相輸入端接R3后與1′端連接；電感L1與C2并聯(lián)；1′接地。電路可以產(chǎn)生雙渦卷混沌吸引子,可為混沌保密通信、混沌雷達(dá)等工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供一種有效的混沌信號源。

技術(shù)研發(fā)人員：徐權(quán);宋哲;張琴玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.17
技術(shù)公布日：2017.07.04