三阶文氏桥压控忆阻混沌信号发生器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新颖的三阶文氏桥压控忆阻混沌信号发生器，该信号发生器采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支中的电阻实现，电路包括两个基本组成部分：经典文氏桥振荡器和非理想压控忆阻等效实现电路。本发明中的三阶文氏桥压控忆阻混沌信号发生器，通过调节电路参数即可产生混沌吸引子、周期极限环等复杂的非线性现象，使其成为一类新颖的混沌信号发生器。其稳定性强，具有显著的混沌特性，对于忆阻混沌电路的应用发展起到较大的推进作用。
【专利说明】
H阶文氏桥压控忆阻混巧信号发生器
技术领域
[0001] 本发明设及一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器，即采用非理想压控 忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支中的电阻，使得电路具有显著的 混浊特性，从而构成了一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器。
【背景技术】
[0002] 混浊理论是过去五十年来蓬勃发展起来的一口学科。混浊现象无处不在，它几乎 渗透到人类社会中每个角落。大量的研究表明，混浊在生物工程、力学工程、电子工程、数据 加密、保密通信、电力电网动态分析和保护等领域存在着广阔的应用前景。早期的混浊系统 生成模型，如Lorenz大气端流方程、Logistic虫口模型、蔡氏混浊电路等。总体来说，混浊电 路物理实现的简单性及其所产生吸引子拓扑结构的复杂性是开展混浊电路研究的两个重 要方向。
[0003] 文氏桥振荡电路，又称为RC桥式振荡器，是另一种应用非常广泛的正弦波RC振荡 电路，它由一个同相放大器和RC串并联反馈网络组成。具有振荡较稳定、波形良好、振荡频 率在较宽的范围内能方便地连续调节等优点。在文氏桥振荡电路拓扑上增加非线性元件或 者两个文氏桥通过非线性禪合，可构成各种混浊或超混浊系统。因此，通过采用非理想压控 忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支中的电阻，可简单地构建一种S 阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器。其稳定性强，具有显著的混浊特性，对于忆阻混浊电路 的应用发展起到较大的推进作用。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器，电 路采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支中的电阻，电 路稳定性强、且易于电路实现，从而实现了一种新型混浊信号发生器，其结构如下：
[0005] -种采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支 中的电阻实现的一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器，其特征在于:包括非理 想压控忆阻等效实现电路W、电容Cl、电容C2、电阻R、电阻Rf、电阻Ri、运算放大器U;其中非理 想压控忆阻等效实现电路W的正、负极分别与电容Cl的正、负极相连，记为1端和1'端;运算 放大器的U正极输入端和负极输入端分别与电容C2的负极端和电阻Rf的一端相连；电容C2的 正极端与电阻R的一端相连;运算放大器U的输出端分别与电阻R和电阻Rf的另一端相连;电 阻Ri的一端与运算放大器U的负极输入端相连，另一端与所述1'端相连。所述非理想压控忆 阻等效实现电路包括电压跟随器Ua、积分器化、模拟乘法器Ma、模拟乘法器Mb、电流反相器化、 电阻Ra、电阻化、电阻Rc、电阻Rd、电阻Re、电容Co。其中电阻Ra跨接于电压跟随器Ua的输出端与 积分器化的负极输入端之间；电阻化并联电容Co于积分器化的负极输入端与输出端之间，积 分器化的正极输入端接地;模拟乘法器Ma的两个输入端与积分器化的输出端相连;模拟乘法 器Mb的一个输入端与模拟乘法器Ma的输出端相连，另一个输入端与电压跟随器Ua的正极输 入端相连；电阻Re跨接于模拟乘法器Mb的输出端与电流反相器化的负极输入端之间；电流反 相器Uc的正极输入端和负极输入端分别与电阻Rd和电阻Re的一端相连，电流反相器Uc的输 出端分别与电阻Rd和电阻Re的另一端相连。
[0006] 本发明设计的一种采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路 中RC并联分支中的电阻实现的一种新颖的S阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器，其特征在 于:含有立个状态变量，分别为电容Co两端电压V0、电容Cl两端电压VI、电容C2两端电压V2。
[0007] 本发明的有益效果如下：
[0008] 本发明中采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联 分支中的电阻实现的一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器，通过调节电路参数 即可产生混浊吸引子、周期极限环等复杂的非线性现象，使其成为了一类新型的混浊信号 发生器。其稳定性强，具有显著的混浊特性，对于忆阻混浊系统的发展和应用起到较大的推 进作用。
【附图说明】
[0009] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对 本发明作进一步详细的说明，其中：
[0010] 图1 一种=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器实现电路；
[0011] 图2(a)-种=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器数值仿真得到的双满卷混浊吸 引子在Vl-VO平面上投影的相轨图；
[0012] 图2(b)-种=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器数值仿真得到的双满卷混浊吸 弓斤在V2-V评面上投影的相轨图；
[0013] 图2(c)-种=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器数值仿真得到的双满卷混浊吸 引子在V1-V2平面上投影的相轨图；
[0014] 图3电路元件参数R。变化时，状态变量VO的分岔图；
[0015]图4电路元件参数Rc变化时的Lyapunov指数谱；
【具体实施方式】
[0016] 一种采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支 中的电阻实现的一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器，其特征在于:包括非理 想压控忆阻等效实现电路W、电容Cl、电容C2、电阻R、电阻Rf、电阻Ri、运算放大器U;其中非理 想压控忆阻等效实现电路W的正、负极分别与电容Cl的正、负极相连，记为1端和1'端;运算 放大器的U正极输入端和负极输入端分别与电容C2的负极端和电阻Rf的一端相连；电容C2的 正极端与电阻R的一端相连;运算放大器U的输出端分别与电阻R和电阻Rf的另一端相连;电 阻Ri的一端与运算放大器U的负极输入端相连，另一端与所述1'端相连。所述非理想压控忆 阻等效实现电路包括电压跟随器Ua、积分器化、模拟乘法器Ma、模拟乘法器Mb、电流反相器化、 电阻Ra、电阻化、电阻Rc、电阻Rd、电阻Re、电容Co。其中电阻Ra跨接于电压跟随器Ua的输出端与 积分器化的负极输入端之间；电阻化并联电容Co于积分器化的负极输入端与输出端之间，积 分器化的正极输入端接地;模拟乘法器Ma的两个输入端与积分器化的输出端相连;模拟乘法 器Mb的一个输入端与模拟乘法器Ma的输出端相连，另一个输入端与电压跟随器Ua的正极输 入端相连；电阻Re跨接于模拟乘法器Mb的输出端与电流反相器化的负极输入端之间；电流反 相器Uc的正极输入端和负极输入端分别与电阻Rd和电阻Re的一端相连，电流反相器Uc的输 出端分别与电阻Rd和电阻Re的另一端相连。
[0017]数学建模：图1所示电路中所述的非理想压控忆阻等效实现电路的数学模型可描 述为
[001引 …
[0019] 其中，V和i分别表示通过非理想压控忆阻等效实现电路输入端的电压和电流;VO 表示电容Co两端电压;g = 0.1，表示模拟乘法器Ma与模拟乘法器Mb的总比例因子。
[0020] 报据阁1所示由路，刑巧某化霍夫电压和电流定律及电路元件的本构关系可得：
[0021] (2)
[00。] 共TK = Kf/衣乂K价脈荡器的反馈增益。
[0023] 数值仿真:利用MATLAB仿真软件平台，可W对由式(2)所描述的电路进行数值仿真 分析。采用龙格-库塔(0DE45)算法对系统方程求解，可得此电路状态变量的相轨图。选取典 型电路参数：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，电路状态变量的状态初值为（OV，0.01V，OV)时，该 电路可生成具有复杂拓扑结构的双满卷混浊吸引子，其在不同相平面内对应的MTLAB数值 仿真相轨图如图2所示，其中，图2(a)为在Vi-VO平面上的投影，图2(b)为在V2-V0平面上的投 影，图2(C)为在V1-V2平面上的投影。
[0024] 通过数值仿真验证理论分析:根据上述电路的相轨图可得出，=阶文氏桥压控忆 阻混浊信号发生器可产生混浊现象，达到了发明一种新型混浊信号发生器的初衷。
[0025] 为了进一步分析电路的动力学行为，选用上述典型电路参数，并选择电路参数Rc 为可变参数，即电阻Rc的参数值可调。根据式（2)，利用MA化AB可对该电路状态变量的分岔 图和对应的Lyapunov指数谱进行仿真，W此分析电路参数Rc变化时的动力学特性。当Rc在 l.OkQ如c^.SkQ范围内逐渐增大时，初始状态分别设为(0V，0.01V，0VWP(0V，-0.01V， OV)，状态变量vo(t)的分岔图如图3所示；相应地，采用Wolf算法计算的李雅普诺夫指数谱 如图4所示。为清晰起见，在图4中，完整给出了前3个李雅普诺夫指数1^61、1^&和1^63。
[0026] 由图3可知，随着电路参数Rc逐步增大，=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器电路 从单个有界点突变进入混浊状态，然后轨迹从混浊状态通过切分岔路径进入周期状态。对 应的，由图4可知，最大李雅普诺夫指数为正值时，=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器电 路运行于混浊轨道上，当最大李雅普诺夫指数为零时，=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生 器电路运行于周期轨道上。
[0027] 对比分析图3所示的分岔图与图4所示的Lyapunov指数谱，两者掲示的动力学行为 是一致的。该结果进一步验证了一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器电路的混 浊行为，达到了发明一种新型混浊信号发生器的初衷。
[0028] 对比分析仿真结果可W说明：数值仿真结果可W验证理论分析的正确性。因此，本 发明所构建的一种新颖的=阶文氏桥压控忆阻混浊信号发生器电路具有科学的理论依据。 通过调节电路参数即可产生混浊吸引子、周期极限环等复杂的非线性现象，使其成为了一 类新型的混浊信号发生器。其稳定性强，具有显著的混浊特性，对于忆阻混浊电路的应用发 展起到较大的推进作用。
[0029] 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。对于所属领域的其他技术人员来说，在上述说明的基础上还可W做出其它不同 形式的变动或改进。运里无需也无法对所有的实施方式予W穷举。
【主权项】
1. 一种采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡电路中RC并联分支中 的电阻实现的一种新颖的三阶文氏桥压控忆阻混沌信号发生器，其特征在于:包括非理想 压控忆阻等效实现电路W、电容&、电容C 2、电阻R、电阻Rf、电阻心、运算放大器U;其中非理想 压控忆阻等效实现电路W的正、负极分别与电容Q的正、负极相连，记为1端和Γ端;运算放 大器的U正极输入端和负极输入端分别与电容C2的负极端和电阻Rf的一端相连;电容C2的正 极端与电阻R的一端相连;运算放大器U的输出端分别与电阻R和电阻R f的另一端相连；电阻 心的一端与运算放大器U的负极输入端相连，另一端与所述Γ端相连。2. 根据权利要求1所述的采用一种非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥振荡 电路中RC并联分支中的电阻实现新颖的三阶文氏桥压控忆阻混沌信号发生器，该压控忆阻 等效实现电路的特征在于:所述非理想压控忆阻等效实现电路包括电压跟随器仏、积分器 Ub、模拟乘法器Ma、模拟乘法器Mb、电流反相器Uc;、电阻Ra、电阻Rb、电阻Rc、电阻Rd、电阻Re、电 容Co。其中电阻1跨接于电压跟随器U a的输出端与积分器Ub的负极输入端之间；电阻Rb并联 电容Co于积分器Ub的负极输入端与输出端之间，积分器Ub的正极输入端接地;模拟乘法器Ma 的两个输入端与积分器Ub的输出端相连;模拟乘法器Mb的一个输入端与模拟乘法器Ma的输 出端相连，另一个输入端与电压跟随器匕的正极输入端相连;电阻Rc跨接于模拟乘法器Mb的 输出端与电流反相器U c的负极输入端之间；电流反相器Uc的正极输入端和负极输入端分别 与电阻Rd和电阻Re的一端相连，电流反相器U。的输出端分别与电阻Rd和电阻Re的另一端相 连。3. 根据权利要求1或2所述的一种采用非理想压控忆阻等效实现电路替换经典文氏桥 振荡电路中RC并联分支中的电阻实现的一种新颖的三阶文氏桥压控忆阻混沌信号发生器， 其特征在于:含有三个状态变量，分别为电容Co两端电压vo、电容&两端电压^、电容C 2两端 电压V2。
【文档编号】H04L9/00GK105846992SQ201610394335
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月4日
【发明人】武花干, 林毅, 徐权, 包伯成
【申请人】常州大学