一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路的制作方法

本发明涉及一种无感混沌信号发生器，将2个二阶RC振荡单元通过反向并联二极管对非线性耦合，实现了一种简易可靠、避免电感元件且易于IC集成的混沌信号源。

背景技术：

1983年，L.O.Chua提出了著名的产生双涡卷混沌吸引子的三阶自治电路——蔡氏电路，该电路被认为是能产生混沌现象的三阶自治电路最紧凑、元件数最少的结构。大量研究工作表明，混沌电路和混沌系统与工程技术联系愈来愈密切，它在计算机工程、通信工程、电子信息工程等领域中都有着广泛的应用前景。形成具有显著特点与优点、可靠实用的电子电路，可以丰富混沌电路在工程中的应用。经典的蔡氏电路中包含手工绕制且体积较大的电感元件，电路在工作时电感会伴随着串联寄生电阻。因此，在工程应用中尽量避免使用电感来提高电路工作的稳定性，此外，电感IC集成难度较大，避免电感元件有利于电路集成设计。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题实现一种无感混沌信号发生器。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路，其结构如下：

所述主电路如图1所示，包括：有源带通滤波器电路、反向并联二极管对和文氏桥振荡电路。

有源带通滤波器电路包括：1个运算放大器U₁，2个电容C₁、C₂，4个电阻R₁、R₂、R₃、R₄。电容C₂的正极端连运算放大器U₁的输出端即“V₁”端，C₂的负极端连接“V₂”端；电阻R₁的两端分别与U₁的输出端和反相输入端相连；电容C₁的正极端连U₁的反相输入端，C₁的负极端连接“V₂”端；电阻R₂的两端分别与U₁的输出端和同相输入端相连；电阻R₃的一端连接U₁的同相输入端，R₃的另一端接“地”；电阻R₄的一端连接“V₂”端，R₄的另一端接“地”。

反向并联二极管对包括：2个二极管D₁和D₂。二极管D₁的正极端接“V₃”节点，D₁的负极端接“V₂”节点；二极管D₂的正极端接“V₂”节点，D₂的负极端接“V₃”节点.

文氏桥振荡电路包括：1个运算放大器U₂，2个电容C₃、C₄，4个电阻R₅、R₆、R₇、R₈。电阻R₅的一端连接U₂的同相输入端，R₅的另一端接“地”；电容C₃的正极端连接运算放大器U₂的同相输入端，C₃的另一端接“地”；C₄的负极端连接“V₄”端；电容C₄的正极端连运算放大器U₂的输出端，C₄的负极端连接“V₄”端；电阻R₆的一端连接“V₄”端，R₆的另一端连接U₂的同相输入端；电阻R₇的两端分别与U₂的输出端和反相输入端相连；电阻R₈的一端连接U₂的反相输入端，R₈的另一端接“地”。

本发明的有益效果如下：

本发明的一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路，其结构简单，避免一般混沌电路中电感元件自身寄生参数，且便于IC集成，可作为一类可行的混沌信号源应用于工程电路中。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施方案并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路；

图2(a)状态变量V₃(t)-V₄(t)平面数值仿真相轨图；

图2(b)状态变量V₂(t)-V₃(t)平面数值仿真相轨图；

图3(a)状态变量V₃(t)-V₄(t)平面实验验证图；

图3(b)状态变量V₂(t)-V₃(t)平面实验验证图。

具体实施方式

本发明的一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路是将两个二阶RC振荡单元(文氏桥振荡器和有源带通滤波器)通过反向并联二极管对非线性耦合得到的。

数学建模：本发明的文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路，如图1所示。电路含有4个动态元件，分别为电容C₁、C₂、C₃和C₄，电路微分方程可用4个节点电压V₁、V₂、V₃和V₄表示为

其中，k＝1+R₂/R₃＝1+R₇/R₈，I_D＝2I_Ssinh[ρ(V₂–V₃)]，ρ＝1/(nV_T)，I_S、n和V_T分别代表二极管的反向饱和电流，发射系数和截止电压，I_S＝5.84nA，n＝1.94，V_T＝25mV。

数值仿真：根据图1所示一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路，利用MATLAB仿真软件平台，可以对由式(1)描述的系统进行数值仿真分析。选择龙格-库塔(ODE45)算法对系统方程求解，当状态变量初始值为V₁(0)＝1mV，V₂(0)＝0V，V₃(0)＝0V，V₄(0)＝0V，选择典型电路参数C₁＝C₂＝C₃＝C₄＝10nF，R₁＝R₂＝R₇＝1kΩ，R₃＝R₈＝2R₅＝2R₆＝400Ω，R₄＝280Ω，I_S＝5.84nA，n＝1.94，V_T＝25mV，k＝3.5。可获得此混沌电路状态变量V₃(t)-V₄(t)，V₂(t)-V₃(t)平面的MATLAB数值仿真相轨图，分别如图2(a)、2(b)所示。

实验验证：选择型号为AD711KN的运算放大器，并提供±15V直流工作电压，二极管型号为1N4148，电容为独石电容，电阻为精密可调电阻，研制实验电路，通过型号为Tektronics TDS 3034C的数字示波器验证典型参数下电路状态变量在V₃(t)-V₄(t)、V₂(t)-V₃(t)平面的相轨图分别如图3(a)、3(b)所示。对比可以发现，图2和图3基本一致，该结果进一步证实了本发明的一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路可产生混沌现象分析的正确性。

本发明实现的一种文氏桥振荡器与有源带通滤波器非线性耦合实现的无感混沌电路，其结构简单，可作为一类无感、简易、可行的新型混沌信号产生电路。相信此发明对于混沌系统的发展将会有着较大的推进作用。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。