改进型二级Colpitts混沌电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种基于电路产生超宽带混沌信号的电路，具体为改进型二级colpitts混沌电路。

背景技术：

混沌是在确定系统中产生的不规则运动，混沌作为一种复杂的非线性运动行为，在物理学，气象学，电子学，信息学和经济学等领域得到了广泛的研究及应用。在过去的几十年中，基于colpitts（考毕兹）的混沌振荡器已经受到了重大关注，但标准型二级colpitts振荡器电路（混沌电路）由于使用晶体管会产生寄生效应，当电路频率很高时，寄生效应产生的寄生电容使得集电极等效为与地短接，从而破坏系统的振荡状态使得电路性能受到限制，同时，标准型二级colpitts混沌振荡器产生的混沌信号其基本频率均不高于晶体管特征频率的3/10，且频谱存在尖峰，不平坦等问题，极大地限制了colpitts混沌电路的应用领域与范围，以及应用效果。

技术实现要素：

本发明解决现有二级colpitts振荡器电路存在的上述缺陷和问题，提供一种改进型二级colpitts混沌电路。

本发明是采用如下技术方案实现的：改进型二级colpitts混沌电路，包括第一电压源v1，第二电压源v2，第一三极管q1，第二三级管q2，第一电阻r1，第二电阻r2，第三电阻r3，第一电容c1，第二电容c2，第三电容c3，电感l1和电流源i1；

其中，第一电压源v1连接第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第二端连接第一电容c1的第一端，同时第一电阻r1的第二端连接第一三极管q1的集电极，第一电容c1的第二端连接第一三极管q1的发射极和第二电容的第一端，第二电容c2的第二端与第三电容c3的第一端连接，同时第二电容c2的第二端和第二三极管q2的发射极连接，第一三极管q1的发射极与第二三极管q2的集电极连接，第二三极管q2的发射极与电流源i1的第一端连接，第二电压源v2与第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端与第一三极管q1的基极连接，第二三极管q2的基极与电感l1的第一端连接，电感l1的第二端与第三电阻r3的第一端连接，第三电阻r3的第二端与电流源i1的第二端以及第三电容c3的第二端同时接地。该电路构成第一三极管q1与第一电容c1并联，第二三极管q2与第二电容c2并联，第一电流源i1与第三电容c3并联的电路，由于三极管在高频情况下会产生寄生电容，所以在此将第一三极管旁的寄生电容命名为第一寄生电容cb1，将第二三极管旁的寄生电容命名为第二寄生电容cb2。

本发明的改进型二级coplitts混沌电路可以改进原有电路的不足，改进型二级colpitts电路将标准型二级coplitts电路的电感转移到第二级三极管的基极，同时在两个三极管的基极都各自串联上一个电阻，寄生电容在频率很高的时候会被隔离，本发明可以消除寄生电容对地短接的这一影响。同时第三电容c3成为了电路谐振的一部分，和第一电容c1，第二电容c2串联，使得谐振网络的总电容大大减小，同时级联的三极管又不会使整个电路的增益不足，从图3与图5的频谱图中看出，不仅将电路所产生的混沌信号的基本频率从约3ghz提高到5.68ghz，而且从图3与图5频谱图比较可以看出，本发明的改进型二级coplitts混沌电路产生的混沌频谱消除了原标准型二级coplitts电路频谱的尖峰，频谱更加平坦，从原理上拓宽了colpitts混沌电路的应用领域与范围，以及应用效果。

附图说明

图1为现有标准型二级coplitts电路原理图；

图2为本发明的改进型二级coplitts混沌电路的原理图；

图3为现有标准型二级colpitts混沌电路的频谱图仿真结果；

图4为现有标准型二级colpitts混沌电路的自相关图仿真结果；

图5为本发明的改进型二级colpitts混沌电路的频谱图仿真结果；

图6为本发明的改进型二级colpitts混沌电路的自相关图仿真结果。

具体实施方式

如图2所示，改进型二级colpitts混沌电路，包括第一电压源v1，第二电压源v2，第一三极管q1，第二三级管q2，第一电阻r1，第二电阻r2，第三电阻r3，第一电容c1，第二电容c2，第三电容c3，电感l1和电流源i1；

其中，第一电压源v1连接第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第二端连接第一电容c1的第一端，同时第一电阻r1的第二端连接第一三极管q1的集电极，第一电容c1的第二端连接第一三极管q1的发射极和第二电容的第一端，第二电容c2的第二端与第三电容c3的第一端连接，同时第二电容c2的第二端和第二三极管q2的发射极连接，第一三极管q1的发射极与第二三极管q2的集电极连接，第二三极管q2的发射极与电流源i1的第一端连接，第二电压源v2与第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端与第一三极管q1的基极连接，第二三极管q2的基极与电感l1的第一端连接，电感l1的第二端与第三电阻r3的第一端连接，第三电阻r3的第二端与电流源i1的第二端以及第三电容c3的第二端同时接地。

本发明根据寄生电容在频率很高的时候会被隔离这一原理，将电路重新设置成如图2所示的电路图，不仅可以消除寄生电容对地短接的这一影响，而且同时使第三电容c3成为了电路谐振的一部分，和第一电容c1，第二电容c2串联，使得谐振网络的总电容大大减小，同时级联的三极管又不会使整个电路的增益不足，不仅将电路所产生的混沌信号的基本频率从约3ghz提高到5.68ghz，而且消除了原电路产生频谱的尖峰，频谱更加平坦，从原理上拓宽了colpitts混沌电路的应用领域与范围，以及应用效果。

数值仿真：根据图2所示的电路图，利用matlab仿真软件平台，对改进型二级coplitts混沌电路进行数值仿真，在进行数值仿真时举例说明一组在实践中使用的元器件的值，第一电压源v1为30v，第二电压源v2为15v，第一三极管q1与第二三极管q2均为npn型晶体管，型号均为bfg520xr，截止频率为9ghz：第一电阻r1的阻值为2ω，第二电阻r2的阻值为2ω，第三电阻r3的阻值为2ω，第一电容c1为1pf，第二电容c2为2pf，第三电容c3为2pf，电感l1的电感量为2nh，电流源i1的值为30ma。运用matlab数值仿真软件对归一化后的状态方程进行仿真，得到电容c1端点电压的频谱图（图5）和互相关图（图6）。为了对比电路改进前后的效果，本发明在图3、4中列出了现有标准型二级电路c1端点电压的频谱图与自相关图。

通过数值仿真验证理论分析：标准型二级colpitts电路（图1）产生的频谱图不平坦，且多处出现尖峰，如图3、4中的频谱图和自相关图所示。而根据本发明所设计的改进型二级coplitts混沌电路（图2），可以得出如图5所示的频谱图和如图6所示的自相关图，从图5、6中可看出改进型二级colpitts电路频谱图较为平坦，归一化后的自相关函数也类似于冲激函数，这也表明该电路能产生基频为5.68ghz的混沌信号，基频可提升到三极管截止频率的0.6倍，几乎是原标准型二级colpitts电路的2倍。而根据文献[1]，标准二级型colpitts电路能产生的最高基频约为3ghz，如图3所示。因此，本发明的改进型二级colpitts电路相比标准型二级型colpitts电路其基频提高了约2.68ghz。

[1]a.tamasševičius,g.mykolaitis,s.bumelienė,a.čenys,a.n.anagnostopoulosande.lindberg.“two-stagechaoticcolpittsoscillator.”electronicsletters,2001，37（9）：549-551.