一种含四参数的Shimizu‑Morioka混沌电路的制作方法

本实用新型属于非线性信号发生器技术领域,具体涉及一种含四参数的Shimizu-Morioka混沌电路。

背景技术：

早在1980年，Shimizu T.和Morioka N.就构造了Shimizu-Morioka系统，比经典Lorenz混沌系统在结构上少一项，所以研究该类混沌系统尤为重要；Shimizu-Morioka混沌系统应用于实际中，最直接方法便为构造混沌电路，设计具有简单项可产生丰富混沌系统的电路，在非线性电路设计中非常重要。若将含有参数较多的混沌系统电路应用到教学中，更能够加强学生了解参数对混沌系统影响的理解，因此需要设计合理的电阻阻值，使得该混沌系统的输出信号具有很强的混沌特性。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种含四参数的Shimizu-Morioka混沌电路，通过设计合理的电阻，能够使其系统虽然简单但输出信号却具有很强的混沌特性。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种含四参数的Shimizu-Morioka混沌电路，包括第一通道、第二通道和第三通道；

所述的第一通道的前一级输出端连接第二通道的第一输入端、第二通道的乘法器A2的第一输入引脚和第三通道的乘法器A1的第一、第二输入引脚；第二通道的输出端连接第二通道的第二输入端；第二通道输出信号的前一级输出信号连接第一通道的信号输入端；第三通道的输出信号连接第三通道的第一输入信号端和第二通道的乘法器的第二输入引脚。

所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12的一端，电阻R11的另一端连接第二通道的输出的前一级信号y，电阻R12另一端连接反相器U1的6引脚；反相器U1的6引脚通过电阻R13连接反相积分器U3的2引脚和电容C1的一端，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚；反相积分器U3的6引脚通过电阻R14连接到反相器U2的2引脚，反相器U2的2引脚连接电阻R15一端，电阻R15另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地，反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第二通道包括乘法器A2，乘法器A2输出端通过电阻R22与反相器U4的引脚2相连；反相器的U4的2引脚与电阻R21、电阻R1的一端相连，电阻R21的另一端与第一通道输出的前一级输出信号连接，电阻R1的另一端与第二通道输出信号连接，反相器的U4的2引脚通过电阻R24连接反相器U4的6引脚；反相器U4的6引脚通过电阻R25连接反相积分器U6的2引脚和电容C2的一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚；反相积分器U6的6引脚通过电阻R26连接到反相器U5的2引脚；反相器U5的2引脚连接电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚，反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD(负电压)，反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第三通道包括乘法器A1，乘法器A1输出端通过R35连接到反相器U7的2引脚，电阻R34的一端和电阻R36的一端，电阻R34的另一端连接第三通道输出信号，电阻R36的另一端连接反相器U7的引脚6；反相器U7的引脚6通过电阻R37连接反相积分器U9的2引脚，反相积分器U9引脚2连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚；反相积分器U9的6引脚通过电阻R38连接到反相器U8的2引脚；反相器U8的2引脚连接电阻R39一端，电阻R39另一端连接反相器U8的6引脚；反相器U7的3引脚、反相积分器U9的3引脚、反相器U8的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相积分器U9的4引脚、反相器U8的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器积分U9的7引脚、反相器U8的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第一通道反相器U2的输出端信号是-x，反相积分器U3的输出端是信号x，电阻R11＝83kΩ，R12＝R13＝R15＝10KΩ,R14＝1KΩ,C1＝10nF。

所述的第二通道反相器U5的输出端信号是-y，反相积分器U6的输出端是信号y，电阻R21＝50KΩ，R22＝10KΩ，R1＝117KΩ，R27＝10KΩ,C2＝10nF，R24＝R25＝R26＝10KΩ。

所述的第三通道反相器U8的输出端信号是-z，第三通道反相积分器U9的输出端是信号z，电阻R34＝200kΩ，R35＝10kΩ，R36＝＝R37＝R38＝R39＝10KΩ，C3＝10nF。

所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8、反相积分器U9采用运放器LM741。

所述的乘法器A1、乘法器A2采用乘法器AD633。

所述的VCC＝15，VDD＝-15V。

本实用新型的有益效果：

应用本实用新型，在普通的示波器上即可观察出x-y，x-z，y-z相图，具有电路结构简单，电路性能可靠且易实现，适用于大学混沌实验教学、非线性电路演示等，在信息安全、通信保密等领域中有着重要的价值。

附图说明

图1是本实用新型的电路图。

图2是图1的x输出波形图。

图3是图1的y输出波形图。

图4是图1的z输出波形图。

图5是图1的x-y输出相图。

图6是图1的x-z输出相图。

图7是图1的y-z输出相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细描述。

参照图1，一种含四参数的Shimizu-Morioka混沌电路，包括第一通道、第二通道和第三通道；

所述的第一通道的前一级输出端连接第二通道的第一输入端、第二通道的乘法器A2的第一输入引脚和第三通道的乘法器A1的第一、第二输入引脚；第二通道的输出端连接第二通道的第二输入端；第二通道输出信号的前一级输出信号连接第一通道的信号输入端；第三通道的输出信号连接第三通道的第一输入信号端和第二通道的乘法器的第二输入引脚。

所述的第一通道包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12的一端，电阻R11的另一端连接第二通道的输出的前一级信号y，电阻R12另一端连接反相器U1的6引脚；反相器U1的6引脚通过电阻R13连接反相积分器U3的2引脚和电容C1的一端，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚；反相积分器U3的6引脚通过电阻R14连接到反相器U2的2引脚，反相器U2的2引脚连接电阻R15一端，电阻R15另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地，反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接VDD(负电压)，反相器U1的7引脚、反相器U2的7 引脚与反相积分器U3的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第二通道包括乘法器A2，乘法器A2输出端通过电阻R22与反相器U4的引脚2相连；反相器的U4的2引脚与电阻R21、电阻R1的一端相连，电阻R21的另一端与第一通道输出的前一级输出信号连接，电阻R1的另一端与第二通道输出信号连接，反相器的U4的2引脚通过电阻R24连接反相器U4的6引脚；反相器U4的6引脚通过电阻R25连接反相积分器U6的2引脚和电容C2的一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚；反相积分器U6的6引脚通过电阻R26连接到反相器U5的2引脚；反相器U5的2引脚连接电阻R27一端，电阻R27另一端连接反相器U5的6引脚，反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接VDD(负电压)，反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第三通道包括乘法器A1，乘法器A1输出端通过R35连接到反相器U7的2引脚，电阻R34的一端和电阻R36的一端，电阻R34的另一端连接第三通道输出信号，电阻R36的另一端连接反相器U7的引脚6；反相器U7的引脚6通过电阻R37连接反相积分器U9的2引脚，反相积分器U9引脚2连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚；反相积分器U9的6引脚通过电阻R38连接到反相器U8的2引脚；反相器U8的2引脚连接电阻R39一端，电阻R39另一端连接反相器U8的6引脚；反相器U7的3引脚、反相积分器U9的3引脚、反相器U8的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相积分器U9的4引脚、反相器U8的4引脚接VDD(负电压)，反相器U7的7引脚、反相器积分U9的7引脚、反相器U8的7引脚接VCC(正电压)；

所述的第一通道反相器U2的输出端信号是-x，反相积分器U3的输出端是信号x，电阻R11＝83kΩ，R12＝R13＝R15＝10KΩ,R14＝1KΩ,C1＝10nF。

所述的第二通道反相器U5的输出端信号是-y，反相积分器U6的输出端是信号y，电阻R21＝50KΩ，R22＝10KΩ，R1＝117KΩ，R27＝10KΩ,C2＝10nF，R24＝R25＝R26＝10KΩ。

所述的第三通道反相器U8的输出端信号是-z，第三通道反相积分器U9的输出端是信号z，电阻R34＝200kΩ，R35＝10kΩ，R36＝＝R37＝R38＝R39＝10KΩ，C3＝10nF。

所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8、反相积分器U9采用运放器LM741。

所述的乘法器A1、乘法器A2采用乘法器AD633。

所述的VCC＝15，VDD＝-15V。

本实用新型的工作原理为：

该电路的混沌特性非常复杂，若将该输出信号作为载波信号，与目标信号通过相关算法调制，因为混沌信号的伪随机性，则可以满足保密通信以及抗破解的目的。所涉及的无量纲数学模型如下：

式(1)中，x,y,z为系统变量，a,b,c,d为系统参数，当a＝1.2,b＝2,c＝0.85,d＝0.5时，系统(1)即含有四参数Shimizu-Morioka混沌系统，此时本实用新型的振荡电路的方程为：

本实用新型所涉及的电路包括第一、第二、第三通道，第一、第二、第三通道的电路分时实现了式(2)中的第一、第二、第三函数，模拟乘法器使用AD633时，电路的输出波形图见图2、图3、图4，电路输出的相图见图5、图6、图7，图上放映出了含有四参数Shimizu-Morioka系统电路的混沌特性，丰富了混沌的类型，为混沌应用于通信保密器以及加密提供了选择。