三階文氏橋壓控憶阻混沌信號發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新穎的三階文氏橋壓控憶阻混沌信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支中的電阻實現(xiàn)，電路包括兩個基本組成部分：經(jīng)典文氏橋振蕩器和非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路。本發(fā)明中的三階文氏橋壓控憶阻混沌信號發(fā)生器，通過調節(jié)電路參數(shù)即可產(chǎn)生混沌吸引子、周期極限環(huán)等復雜的非線性現(xiàn)象，使其成為一類新穎的混沌信號發(fā)生器。其穩(wěn)定性強，具有顯著的混沌特性，對于憶阻混沌電路的應用發(fā)展起到較大的推進作用。
【專利說明】
H階文氏橋壓控憶阻混巧信號發(fā)生器
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器，即采用非理想壓控 憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支中的電阻，使得電路具有顯著的 混濁特性，從而構成了一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器。
【背景技術】
[0002] 混濁理論是過去五十年來蓬勃發(fā)展起來的一口學科?；鞚岈F(xiàn)象無處不在，它幾乎 滲透到人類社會中每個角落。大量的研究表明，混濁在生物工程、力學工程、電子工程、數(shù)據(jù) 加密、保密通信、電力電網(wǎng)動態(tài)分析和保護等領域存在著廣闊的應用前景。早期的混濁系統(tǒng) 生成模型，如Lorenz大氣端流方程、Logistic蟲口模型、蔡氏混濁電路等?？傮w來說，混濁電 路物理實現(xiàn)的簡單性及其所產(chǎn)生吸引子拓撲結構的復雜性是開展混濁電路研究的兩個重 要方向。
[0003] 文氏橋振蕩電路，又稱為RC橋式振蕩器，是另一種應用非常廣泛的正弦波RC振蕩 電路，它由一個同相放大器和RC串并聯(lián)反饋網(wǎng)絡組成。具有振蕩較穩(wěn)定、波形良好、振蕩頻 率在較寬的范圍內(nèi)能方便地連續(xù)調節(jié)等優(yōu)點。在文氏橋振蕩電路拓撲上增加非線性元件或 者兩個文氏橋通過非線性禪合，可構成各種混濁或超混濁系統(tǒng)。因此，通過采用非理想壓控 憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支中的電阻，可簡單地構建一種S 階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器。其穩(wěn)定性強，具有顯著的混濁特性，對于憶阻混濁電路 的應用發(fā)展起到較大的推進作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器，電 路采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支中的電阻，電 路穩(wěn)定性強、且易于電路實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了一種新型混濁信號發(fā)生器，其結構如下：
[0005] -種采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支 中的電阻實現(xiàn)的一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器，其特征在于:包括非理 想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路W、電容Cl、電容C2、電阻R、電阻Rf、電阻Ri、運算放大器U;其中非理 想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路W的正、負極分別與電容Cl的正、負極相連，記為1端和1'端;運算 放大器的U正極輸入端和負極輸入端分別與電容C2的負極端和電阻Rf的一端相連；電容C2的 正極端與電阻R的一端相連;運算放大器U的輸出端分別與電阻R和電阻Rf的另一端相連;電 阻Ri的一端與運算放大器U的負極輸入端相連，另一端與所述1'端相連。所述非理想壓控憶 阻等效實現(xiàn)電路包括電壓跟隨器Ua、積分器化、模擬乘法器Ma、模擬乘法器Mb、電流反相器化、 電阻Ra、電阻化、電阻Rc、電阻Rd、電阻Re、電容Co。其中電阻Ra跨接于電壓跟隨器Ua的輸出端與 積分器化的負極輸入端之間；電阻化并聯(lián)電容Co于積分器化的負極輸入端與輸出端之間，積 分器化的正極輸入端接地;模擬乘法器Ma的兩個輸入端與積分器化的輸出端相連;模擬乘法 器Mb的一個輸入端與模擬乘法器Ma的輸出端相連，另一個輸入端與電壓跟隨器Ua的正極輸 入端相連；電阻Re跨接于模擬乘法器Mb的輸出端與電流反相器化的負極輸入端之間；電流反 相器Uc的正極輸入端和負極輸入端分別與電阻Rd和電阻Re的一端相連，電流反相器Uc的輸 出端分別與電阻Rd和電阻Re的另一端相連。
[0006] 本發(fā)明設計的一種采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路 中RC并聯(lián)分支中的電阻實現(xiàn)的一種新穎的S階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器，其特征在 于:含有立個狀態(tài)變量，分別為電容Co兩端電壓V0、電容Cl兩端電壓VI、電容C2兩端電壓V2。
[0007] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0008] 本發(fā)明中采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián) 分支中的電阻實現(xiàn)的一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器，通過調節(jié)電路參數(shù) 即可產(chǎn)生混濁吸引子、周期極限環(huán)等復雜的非線性現(xiàn)象，使其成為了一類新型的混濁信號 發(fā)生器。其穩(wěn)定性強，具有顯著的混濁特性，對于憶阻混濁系統(tǒng)的發(fā)展和應用起到較大的推 進作用。
【附圖說明】
[0009] 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)具體實施例并結合附圖，對 本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中：
[0010] 圖1 一種=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器實現(xiàn)電路；
[0011] 圖2(a)-種=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器數(shù)值仿真得到的雙滿卷混濁吸 引子在Vl-VO平面上投影的相軌圖；
[0012] 圖2(b)-種=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器數(shù)值仿真得到的雙滿卷混濁吸 弓斤在V2-V評面上投影的相軌圖；
[0013] 圖2(c)-種=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器數(shù)值仿真得到的雙滿卷混濁吸 引子在V1-V2平面上投影的相軌圖；
[0014] 圖3電路元件參數(shù)R。變化時，狀態(tài)變量VO的分岔圖；
[0015]圖4電路元件參數(shù)Rc變化時的Lyapunov指數(shù)譜；
【具體實施方式】
[0016] 一種采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支 中的電阻實現(xiàn)的一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器，其特征在于:包括非理 想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路W、電容Cl、電容C2、電阻R、電阻Rf、電阻Ri、運算放大器U;其中非理 想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路W的正、負極分別與電容Cl的正、負極相連，記為1端和1'端;運算 放大器的U正極輸入端和負極輸入端分別與電容C2的負極端和電阻Rf的一端相連；電容C2的 正極端與電阻R的一端相連;運算放大器U的輸出端分別與電阻R和電阻Rf的另一端相連;電 阻Ri的一端與運算放大器U的負極輸入端相連，另一端與所述1'端相連。所述非理想壓控憶 阻等效實現(xiàn)電路包括電壓跟隨器Ua、積分器化、模擬乘法器Ma、模擬乘法器Mb、電流反相器化、 電阻Ra、電阻化、電阻Rc、電阻Rd、電阻Re、電容Co。其中電阻Ra跨接于電壓跟隨器Ua的輸出端與 積分器化的負極輸入端之間；電阻化并聯(lián)電容Co于積分器化的負極輸入端與輸出端之間，積 分器化的正極輸入端接地;模擬乘法器Ma的兩個輸入端與積分器化的輸出端相連;模擬乘法 器Mb的一個輸入端與模擬乘法器Ma的輸出端相連，另一個輸入端與電壓跟隨器Ua的正極輸 入端相連；電阻Re跨接于模擬乘法器Mb的輸出端與電流反相器化的負極輸入端之間；電流反 相器Uc的正極輸入端和負極輸入端分別與電阻Rd和電阻Re的一端相連，電流反相器Uc的輸 出端分別與電阻Rd和電阻Re的另一端相連。
[0017]數(shù)學建模：圖1所示電路中所述的非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路的數(shù)學模型可描 述為
[001引 …
[0019] 其中，V和i分別表示通過非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路輸入端的電壓和電流;VO 表示電容Co兩端電壓;g = 0.1，表示模擬乘法器Ma與模擬乘法器Mb的總比例因子。
[0020] 報據(jù)閣1所示由路，刑巧某化霍夫電壓和電流定律及電路元件的本構關系可得：
[0021] (2)
[00。] 共TK = Kf/衣乂K價脈蕩器的反饋增益。
[0023] 數(shù)值仿真:利用MATLAB仿真軟件平臺，可W對由式(2)所描述的電路進行數(shù)值仿真 分析。采用龍格-庫塔(0DE45)算法對系統(tǒng)方程求解，可得此電路狀態(tài)變量的相軌圖。選取典 型電路參數(shù)：Ri=IkQ、Rf = 4kQ、R=2.化Q、Ra = 4kQ、化= IOkQ、I?c = l.化Q、Rd =化Q、 Re =化Q、Co = InF、Cl = 3：3nF、C2 = 2化F，電路狀態(tài)變量的狀態(tài)初值為（OV，0.01V，OV)時，該 電路可生成具有復雜拓撲結構的雙滿卷混濁吸引子，其在不同相平面內(nèi)對應的MTLAB數(shù)值 仿真相軌圖如圖2所示，其中，圖2(a)為在Vi-VO平面上的投影，圖2(b)為在V2-V0平面上的投 影，圖2(C)為在V1-V2平面上的投影。
[0024] 通過數(shù)值仿真驗證理論分析:根據(jù)上述電路的相軌圖可得出，=階文氏橋壓控憶 阻混濁信號發(fā)生器可產(chǎn)生混濁現(xiàn)象，達到了發(fā)明一種新型混濁信號發(fā)生器的初衷。
[0025] 為了進一步分析電路的動力學行為，選用上述典型電路參數(shù)，并選擇電路參數(shù)Rc 為可變參數(shù)，即電阻Rc的參數(shù)值可調。根據(jù)式（2)，利用MA化AB可對該電路狀態(tài)變量的分岔 圖和對應的Lyapunov指數(shù)譜進行仿真，W此分析電路參數(shù)Rc變化時的動力學特性。當Rc在 l.OkQ如c^.SkQ范圍內(nèi)逐漸增大時，初始狀態(tài)分別設為(0V，0.01V，0VWP(0V，-0.01V， OV)，狀態(tài)變量vo(t)的分岔圖如圖3所示；相應地，采用Wolf算法計算的李雅普諾夫指數(shù)譜 如圖4所示。為清晰起見，在圖4中，完整給出了前3個李雅普諾夫指數(shù)1^61、1^&和1^63。
[0026] 由圖3可知，隨著電路參數(shù)Rc逐步增大，=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器電路 從單個有界點突變進入混濁狀態(tài)，然后軌跡從混濁狀態(tài)通過切分岔路徑進入周期狀態(tài)。對 應的，由圖4可知，最大李雅普諾夫指數(shù)為正值時，=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器電 路運行于混濁軌道上，當最大李雅普諾夫指數(shù)為零時，=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生 器電路運行于周期軌道上。
[0027] 對比分析圖3所示的分岔圖與圖4所示的Lyapunov指數(shù)譜，兩者掲示的動力學行為 是一致的。該結果進一步驗證了一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器電路的混 濁行為，達到了發(fā)明一種新型混濁信號發(fā)生器的初衷。
[0028] 對比分析仿真結果可W說明：數(shù)值仿真結果可W驗證理論分析的正確性。因此，本 發(fā)明所構建的一種新穎的=階文氏橋壓控憶阻混濁信號發(fā)生器電路具有科學的理論依據(jù)。 通過調節(jié)電路參數(shù)即可產(chǎn)生混濁吸引子、周期極限環(huán)等復雜的非線性現(xiàn)象，使其成為了一 類新型的混濁信號發(fā)生器。其穩(wěn)定性強，具有顯著的混濁特性，對于憶阻混濁電路的應用發(fā) 展起到較大的推進作用。
[0029] 上述實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)明的實施方 式的限定。對于所屬領域的其他技術人員來說，在上述說明的基礎上還可W做出其它不同 形式的變動或改進。運里無需也無法對所有的實施方式予W窮舉。
【主權項】
1. 一種采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩電路中RC并聯(lián)分支中 的電阻實現(xiàn)的一種新穎的三階文氏橋壓控憶阻混沌信號發(fā)生器，其特征在于:包括非理想 壓控憶阻等效實現(xiàn)電路W、電容&、電容C 2、電阻R、電阻Rf、電阻心、運算放大器U;其中非理想 壓控憶阻等效實現(xiàn)電路W的正、負極分別與電容Q的正、負極相連，記為1端和Γ端;運算放 大器的U正極輸入端和負極輸入端分別與電容C2的負極端和電阻Rf的一端相連;電容C2的正 極端與電阻R的一端相連;運算放大器U的輸出端分別與電阻R和電阻R f的另一端相連；電阻 心的一端與運算放大器U的負極輸入端相連，另一端與所述Γ端相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的采用一種非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋振蕩 電路中RC并聯(lián)分支中的電阻實現(xiàn)新穎的三階文氏橋壓控憶阻混沌信號發(fā)生器，該壓控憶阻 等效實現(xiàn)電路的特征在于:所述非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路包括電壓跟隨器仏、積分器 Ub、模擬乘法器Ma、模擬乘法器Mb、電流反相器Uc;、電阻Ra、電阻Rb、電阻Rc、電阻Rd、電阻Re、電 容Co。其中電阻1跨接于電壓跟隨器U a的輸出端與積分器Ub的負極輸入端之間；電阻Rb并聯(lián) 電容Co于積分器Ub的負極輸入端與輸出端之間，積分器Ub的正極輸入端接地;模擬乘法器Ma 的兩個輸入端與積分器Ub的輸出端相連;模擬乘法器Mb的一個輸入端與模擬乘法器Ma的輸 出端相連，另一個輸入端與電壓跟隨器匕的正極輸入端相連;電阻Rc跨接于模擬乘法器Mb的 輸出端與電流反相器U c的負極輸入端之間；電流反相器Uc的正極輸入端和負極輸入端分別 與電阻Rd和電阻Re的一端相連，電流反相器U。的輸出端分別與電阻Rd和電阻Re的另一端相 連。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種采用非理想壓控憶阻等效實現(xiàn)電路替換經(jīng)典文氏橋 振蕩電路中RC并聯(lián)分支中的電阻實現(xiàn)的一種新穎的三階文氏橋壓控憶阻混沌信號發(fā)生器， 其特征在于:含有三個狀態(tài)變量，分別為電容Co兩端電壓vo、電容&兩端電壓^、電容C 2兩端 電壓V2。
【文檔編號】H04L9/00GK105846992SQ201610394335
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月4日
【發(fā)明人】武花干, 林毅, 徐權, 包伯成
【申請人】常州大學