本發(fā)明提出一種簡單的文氏橋混沌振蕩器，該裝置基于文氏橋電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過引入二極管和電感作為非線性元器件，相對(duì)經(jīng)典文氏橋混沌電路，簡化了電路的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)了一種新型文氏橋混沌信號(hào)發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

1983年加州大學(xué)伯克利分校的蔡少棠教授提出蔡氏電路，蔡氏電路因其簡潔性和代表性而成為研究混沌電路的典范。蔡氏電路作為第一種自治混沌電路，被研究的最為詳細(xì)。除了蔡氏電路以外，陸續(xù)又有許多電路被證明有混沌特性。如colppitts振蕩器和文氏橋振蕩器等等。

文氏橋振蕩器，又稱為rc橋氏振蕩器，它是由同相放大器和rc串并聯(lián)反饋網(wǎng)路組成。具有振蕩較為穩(wěn)定、波形良好、震蕩頻率在較寬的范圍能方便的連續(xù)調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。在文氏橋振蕩器拓?fù)湓黾臃蔷€性元件或者兩個(gè)文氏橋電路通過非線性耦合，可構(gòu)成各類混沌電路。

自從混沌電路的同步方法被發(fā)現(xiàn)以來，混沌電路的應(yīng)用就進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。由于混沌對(duì)初始條件和參數(shù)的極端敏感，頻譜類似噪聲，具有極好的隨機(jī)性，而且用混沌電路可以比計(jì)算機(jī)更快的產(chǎn)生隨機(jī)性更好的偽隨機(jī)數(shù)；所以混沌電路可以直接用于通信保密，這已成為混沌電路最熱門的研究領(lǐng)域。除此之外，混沌電路還被用于生物工程、力學(xué)工程、決策預(yù)測、電力電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分析等領(lǐng)域，存在廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決已有的混沌電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且電路仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和工程應(yīng)用較為困難的問題，本發(fā)明提出一種簡單的文氏橋混沌振蕩器，所采用的技術(shù)問題如下：

一種簡單的文氏橋混沌信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)置，所述電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：一個(gè)運(yùn)算放大器u，兩個(gè)電容c1、c2，四個(gè)電阻r1、r2、r3、r4，一個(gè)電感l(wèi)，一個(gè)二極管d；所述的電容c1的正極端與運(yùn)算放大器u的正向輸入端相連，記做a端，電容c1的負(fù)極端接地，記做d端；運(yùn)算放大器u的輸出端與電阻r2的一端相連，記做b端；電阻r2與電容c2串聯(lián)，電容c2的負(fù)極端與a端相連；運(yùn)算放大器u的反向輸入端記做c端，電阻r3分別連接b、c端；電阻r4分別連接c、d端；二極管d的正極端記做e端，二極管d的負(fù)極端連接d端，電阻r1分別連接a、e端，電感l(wèi)分別連接e、d端。

所述電路中的運(yùn)算放大器u采用ad711kn型號(hào)，二極管d采用1n4148型號(hào)，所述的電容c1、c2均采用獨(dú)石電容；所述電阻r1值可變，通過對(duì)電阻r1參數(shù)的調(diào)節(jié)，該電路可產(chǎn)生不同的復(fù)雜混沌渦卷。

所述的一種簡單的文氏橋混沌振蕩器電路主電路如圖1所示，電路中含有四個(gè)狀態(tài)變量，它們分別是電容c1、c2、二極管d兩端的電壓v1、v2、vd和電感電流il。

本發(fā)明的有益效果如下

本發(fā)明的一種簡單的文氏橋混沌振蕩器電路通過調(diào)節(jié)電路參數(shù)即可產(chǎn)生復(fù)雜的混沌信號(hào)，使其成為了一種新型且拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為簡單的混沌信號(hào)發(fā)生器，對(duì)于混沌電路及系統(tǒng)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用具有較大的推動(dòng)作用。

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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中

圖1一種簡單的文氏橋混沌振蕩器電路原理圖；

圖2選取典型參數(shù)時(shí)混沌電路在v2(t)-v1(t)平面上的數(shù)值仿真相軌圖和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果；

圖3選取典型參數(shù)時(shí)混沌電路在v1(t)-il(t)平面上的數(shù)值仿真相軌圖和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果；

具體實(shí)施方氏

數(shù)學(xué)建模：本實(shí)施例的一種簡單的文氏橋混沌振蕩器電路構(gòu)建如圖1所示。

根據(jù)電路原理圖1所示，id為流過二極管d的電流，vd為二極管d兩端的電壓，其關(guān)系表達(dá)氏如下：

其中，vr為二極管導(dǎo)通電壓，rd為二極管的寄生電阻，本電路采用型號(hào)1n4148二極管，vr＝0.75v，rd＝0.7017ω。

根據(jù)上述的四個(gè)狀態(tài)變量可得一種簡單的文氏橋混沌振蕩電路常微分方程如下：

其中k＝1+r3/r4,v0＝esat/k,

對(duì)(2)式通過引入新的變量，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行無量綱處理

可得系統(tǒng)方程如下

其中，

本設(shè)計(jì)采用型號(hào)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≈13.5v。

數(shù)值仿真：利用matlab仿真軟件平臺(tái)，可以對(duì)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(ode23s)算法對(duì)系統(tǒng)方程求解，可獲得此混沌振蕩電路狀態(tài)變量的相軌圖。固定電路參數(shù)c1＝100nf、c2＝100nf、cd＝0.95pf、r1＝108ω、r2＝300ω、r3＝6.6kω、r4＝2kω。對(duì)應(yīng)的不同平面的matlab數(shù)值仿真相軌圖分別如圖2(a)、3(a)所示。

同時(shí)，選擇電阻r1的值可變，數(shù)值仿真可得到在不同電阻值r1下電路的相軌運(yùn)行狀態(tài)。由此表明，此電路可以通過調(diào)節(jié)電路參數(shù)值產(chǎn)生不同的混沌信號(hào)，得到多種具有復(fù)雜動(dòng)力學(xué)特性的混沌行為，達(dá)到了發(fā)明一種可行的新型混沌信號(hào)發(fā)生器的初衷。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：本設(shè)計(jì)采用型號(hào)為ad711kn的運(yùn)算放大器，并提供±15v工作電壓。電阻采用精密可調(diào)電阻，電容為獨(dú)石電容。理論分析和數(shù)值仿真表明，該電路所產(chǎn)生的混沌吸引子對(duì)初始狀態(tài)較為敏感，實(shí)驗(yàn)電路供電時(shí)，需要不斷開啟和關(guān)閉電源，很容易實(shí)現(xiàn)所需要的狀態(tài)變量初值。采用tektronixdpo3034數(shù)字存儲(chǔ)示波器捕獲測量波形，分別對(duì)數(shù)值仿真中的混沌吸引子相軌圖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖2(b)、圖3(b)所示。

對(duì)比結(jié)果可以說明：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種可產(chǎn)生單渦卷混沌吸引子的文氏橋混沌電路，實(shí)驗(yàn)電路中觀測到的非線性現(xiàn)象及其演變規(guī)律與仿真結(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)的一種簡單文氏橋混沌電路信號(hào)發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)簡單，極易物理實(shí)現(xiàn)；并且通過對(duì)經(jīng)典文氏橋振蕩器進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了一種新型的混沌信號(hào)源。該電路結(jié)構(gòu)簡單且能產(chǎn)生多種不同的復(fù)雜非線性現(xiàn)象，突破了經(jīng)典混沌信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以物理實(shí)現(xiàn)的問題，使其成為了一類新穎的、能夠運(yùn)用于工程領(lǐng)域的混沌信號(hào)發(fā)生器。相信此發(fā)明對(duì)于混沌系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)有著較大的推進(jìn)作用。

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(duì)本發(fā)明的實(shí)施方氏的限定。對(duì)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氏的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方氏予以窮舉。