一種基于有源廣義憶阻的無感混沌信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于有源廣義憶阻的無感混沌信號(hào)發(fā)生裝置，該裝置基于蔡氏電 路形式，用有源廣義憶阻模擬器代替蔡氏二極管，該模擬器并聯(lián)電容后與RC橋式振蕩器線 性耦合，實(shí)現(xiàn)了一種無電感元件的憶阻混沌信號(hào)源。
【背景技術(shù)】
[0002] 科學(xué)家蔡少棠（Prof.LeonChua)在美國柏克萊大學(xué)任教期間提出憶阻器概念，憶 阻器在新型存儲(chǔ)器、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混沌電路等方面具有巨大的應(yīng)用潛力，具有獨(dú)特 的電氣性能。作為第四種基本電路元件，憶阻與其它電路元件或器件相互組合連接、以電路 的形式應(yīng)用在各個(gè)工程領(lǐng)域中。應(yīng)用憶阻器來實(shí)現(xiàn)混沌電路是近來學(xué)者研宄的熱門。憶阻 混沌電路里面有和一般混沌系統(tǒng)不同的動(dòng)力學(xué)特征，不僅隨電路參數(shù)變化，還特別依賴于 憶阻器的初始值，這正是憶阻元件所具有而其它元件不具有的記憶性。由于憶阻是一種天 然的非線性元件，引入電路后很容易實(shí)現(xiàn)電路的混沌振蕩，因此基于第四種電路元件實(shí)現(xiàn) 的憶阻混沌電路是研宄較為廣泛的憶阻應(yīng)用電路，近年來已有大量的文獻(xiàn)成果報(bào)道。
[0003] 物理上新實(shí)現(xiàn)的憶阻器是納米級(jí)無源元件，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大、整體造價(jià)高，在短時(shí) 間內(nèi)無法達(dá)到商用。目前，利用已有的電阻、電容、電感、運(yùn)算放大器、模擬乘法器等分立元 器件實(shí)現(xiàn)了多種憶阻模擬器，或者基于特殊拓?fù)湫问降碾娐窐?gòu)建了一些廣義憶阻模擬器， 為憶阻及其應(yīng)用電路的建模分析和實(shí)驗(yàn)觀察作出了重要貢獻(xiàn)。一些含有光敏電阻、二極管 橋等特殊拓?fù)湫问降碾娐?，其外部特性可呈現(xiàn)出憶阻的緊磁滯回線特性，且電路端口的伏 安關(guān)系符合廣義憶阻器的數(shù)學(xué)定義式。尤其是，基于二極管橋級(jí)聯(lián)二階RLC或一階RC濾波 器組成的廣義憶阻模擬器，與已報(bào)道的憶阻模擬器相比，在電路結(jié)構(gòu)上具有較大的優(yōu)勢，無 接地限制，易接入各種應(yīng)用電路中。
[0004] 由有源非線性元件與若干線性動(dòng)態(tài)元件構(gòu)建的模擬電子電路容易實(shí)現(xiàn)混沌振蕩。 另外，考慮到電感元件通常需要手工繞制，致使搭建的電路體積較大，不便于1C設(shè)計(jì)，且易 受電感元件內(nèi)部寄生的等效串聯(lián)電阻的影響，在物理電路中應(yīng)盡量避免使用電感元件?；?于此，本文先提出一種新穎的一階有源廣義憶阻模擬器，與一個(gè)電容并聯(lián)連接后，再與一個(gè) RC橋式振蕩器線性耦合，構(gòu)建出一種無感憶阻混沌信號(hào)發(fā)生器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于有源廣義憶阻的無感混沌信號(hào)發(fā)生 裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于有源廣義憶阻的無感混沌信號(hào)發(fā)生 器，其結(jié)構(gòu)如下：
[0007] 所述主電路包括：電容心、電阻R、RC橋式振蕩器、有源廣義憶阻GM;其中電容(^的 正端與有源廣義憶阻的輸入端相連（記做a端），負(fù)端與有源廣義憶阻的輸出端相連（記做 b端）；電阻R的右端與a端連接，左端與RC橋式振蕩器的輸入端相連（記做c端），RC橋 式振蕩器的輸出端與b端相連。
[0008] RC橋式振蕩器包括：運(yùn)放U、電阻&、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C2、電容C3;電 容C2的正極端連接C端，電容C2的負(fù)極端連接b端；電阻R1與電容C2并聯(lián)，電阻Ri的正 極端與電容C2的正極端相連，電阻R:的負(fù)極端與電容C2的負(fù)極端相接并接地；運(yùn)放U的正 極端與電阻札的正極端相連（記做d端），運(yùn)放U的負(fù)極端與電阻R3的負(fù)極端相接（記做 e端），運(yùn)放U的輸出端連接電阻馬的正極端（記做f端）；電阻R2的正極端與f端連接， 電阻R2的負(fù)極端連接電容C3的正極端，電容C3的負(fù)極端連接d端；電阻R4的正極端連接e 端，電阻&的負(fù)極端接地。
[0009] 有源廣義憶阻GM包括：二極管橋式整流電路DN、一階RC并聯(lián)濾波器、負(fù)阻G。其中 負(fù)阻G包括運(yùn)放UM、電阻Ra、電阻Rb、電阻RN;運(yùn)放UM的正極端與電阻Ra的正極端相連，運(yùn) 放UM的輸出端與電阻Ra的負(fù)極端相連（記做g端），運(yùn)放UM的負(fù)極端與電阻Rb的正極端 相連（記做h端）；電阻RN的正極端連接h端，電阻Rb的負(fù)極端連接g端，電阻、的負(fù)極端 連接b端，運(yùn)放UM的正極端連接a端。其中二極管橋式整流電路DN包括二極管Di、二極管 D2、二極管03和二極管04(選用的二極管型號(hào)為1N4148);
[0010] 二極管Di的負(fù)極端與二極管D2的負(fù)極端相連，記作i端；二極管D2的正極端與二 極管D3的負(fù)極端相連，記作j端；二極管D3的正極端與二極管D4的正極端相連，記作k端； 二極管D4的負(fù)極端與二極管Di的正極端相連，記作1端；1端作為信號(hào)源的輸出端與a端 連接，j端作為信號(hào)源的輸入端與b端連接。其中一階濾波電路優(yōu)選為一個(gè)一階并聯(lián)RC濾 波電路，包括：電阻R〇、電容電阻R^與電容C^并聯(lián)連接（將并聯(lián)連接的兩個(gè)端口分別記 作m、n端）；一階并聯(lián)RC濾波電路m端與二極管整流橋電路i端相連；一階并聯(lián)RC濾波電 路n端與二極管整流橋電路k端相連。
[0011] 一種基于有源廣義憶阻的無感混沌信號(hào)發(fā)生器，其電路主電路結(jié)構(gòu)圖如圖1(a) 所示。圖1(a)中含有四個(gè)內(nèi)部狀態(tài)變量，分別為電容量兩端電壓Vl，電容C2量兩端電壓 v2，電容C3量兩端電壓v3，電容Q量兩端電壓v。。
[0012] 根據(jù)上述四個(gè)狀態(tài)變量可得基于有源廣義憶阻的無感混沌電路的動(dòng)力學(xué)方程組 如下：
[0013]
[0014] 有源廣義憶阻GM的電路結(jié)構(gòu)圖如圖1(b)所示。根據(jù)流過有源廣義憶阻GM的電流 iM和有源廣義憶阻GM兩端的電壓vM(等同于電容Q兩端電壓vJ之間的伏安關(guān)系如圖2所 示，其伏安特性關(guān)系表達(dá)式如下：
[0015]
[0016] 其中，P= 1八21^)，13、11和\分別為二極管反向飽和電流、發(fā)射系數(shù)和熱電壓。 型號(hào)1N4148的二極管參數(shù)分別為Is= 6. 8913nA、n= 1. 8268和VT= 25mV。進(jìn)一步地，可 推導(dǎo)出有源廣義憶阻器的憶導(dǎo)GM表達(dá)式為：
[0017]
[0018] 根據(jù)圖1所示基于有源廣義憶阻的無感混沌電路，利用MATLAB仿真軟件平臺(tái)，可 以對(duì)由式（1)所描述的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真分析。選擇龍格-庫塔（ODE45)算法對(duì)系統(tǒng)方程 求解，可獲得此混純電路狀態(tài)變量的相軌圖。固定電路參數(shù)〇!=lOOnFxCiilnF、C2=C3 =47nF、RN= 2. 5kD、R0=lkD、R1=R2= 200D、R3= 6. 5kD、R4= 3kD、和R= 2. 8kD。 當(dāng)選取R= 2. 8kD時(shí)，對(duì)應(yīng)的不同平面的MATLAB數(shù)值仿真相軌圖分別如圖3(a)、3(b)、 3(c)所示。
[0019] 基于式⑴的方程，繪出分岔圖和Lyapunov指數(shù)譜，分別如圖4(a)和圖4(b) 所示，根據(jù)分岔圖和Lyapunov指數(shù)譜可對(duì)此電路進(jìn)行參數(shù)變化時(shí)的動(dòng)力學(xué)分析。其中 Lyapunov指數(shù)譜給出了最大的3根李雅普諾夫指數(shù)LEpLEjPLE3，通過與分岔圖進(jìn)行對(duì)比 觀察，發(fā)現(xiàn)在各參數(shù)區(qū)間兩者所呈現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)行為是完全一致的。
【附圖說明】
[0020] 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)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖， 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0021] 圖1 (a)為一種基于有源廣義憶阻的無感混沌信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)電路；
[0022] 圖1 (b)為有源廣義憶阻電路實(shí)現(xiàn)的憶阻模擬器實(shí)現(xiàn)電路；
[0023] 圖2 (a)固定激勵(lì)頻率《，不同電壓幅值v時(shí)對(duì)應(yīng)有源廣義憶阻的iM -vM數(shù)值仿 真所得相軌圖；
[0024] 圖2(b)固定電壓幅值V，不同激勵(lì)頻率《時(shí)對(duì)應(yīng)有源廣義憶阻的iM_vM數(shù)值仿 真所得相軌圖；
[0025] 圖3 (a)基于有源廣義憶阻的無感混沌選取R= 2. 8kQ時(shí)Vl (t) _v2 (t)數(shù)值仿真 相軌圖；
[0026] 圖3(b)基于有源廣義憶阻的無感混沌選取R= 2.8kD時(shí)力⑴-^⑴數(shù)值仿真 相軌圖；
[0027] 圖3(c)基于有源廣義憶阻的無感混沌選取R= 2.8kD時(shí)力⑴^⑴數(shù)值仿真 相軌圖；
[0028] 圖4(a)混沌信號(hào)源隨單個(gè)可變參數(shù)R變化的Vl的分岔圖；
[0029] 圖4 (b)混純信號(hào)源隨單個(gè)可變參數(shù)R變化的Lyapunov指數(shù)譜；
[0030] 圖5(a)基于有源廣義憶阻的無感混沌電路選取R= 2. 62kD時(shí)，Vl(t)-v2(t)電 路仿真相軌圖；
[0031] 圖5(b)基于有源廣義憶阻的無感混沌電路選取R= 2. 75kD時(shí)，Vl(t)