一種基于文氏橋振蕩器和分段線性憶阻器的混沌電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于文氏橋振蕩器和分段線性憶阻器的混沌電路，電路由文氏橋式振蕩器和分段線性憶阻器M構成；文氏橋式振蕩器由運放及外圍元件、移相網絡構成；憶阻器M是一種分段線性憶阻器的模擬等效電路，由跟隨器、反相器、反相積分器、窗口比較器、壓控開關和負阻抗轉換器串聯構成。利用文氏橋式振蕩器構成振蕩電路，線性電阻和線性電容組成移相網絡，憶阻器M充當非線性器件使電路中的電壓或電流產生突變，電路在憶阻器的非線性作用下從倍周期分岔進入混沌和超混沌狀態。本發明具有線路簡單、效果好的特點。
【專利說明】
一種基于文氏橋振蕩器和分段線性憶阻器的混沌電路
技術領域
[0001] 本發明涉及模擬電子線路領域，特別是涉及一種基于文氏橋振蕩器和分段線性憶 阻器的混沌電路。
【背景技術】
[0002] 2008年5月惠普實驗室研究小組采用納米技術實現了具有"記憶"特性的電阻，從 而證實了憶阻器概念和相關理論。作為與電阻、電感、電容并列的第4個基本無源器件，憶阻 器建立了磁鏈和電荷之間的關系，其阻值與兩端的電壓幅度、極性和工作時間有關。由于憶 阻器具有"記憶"功能，其潛在的應用價值引起了國內外學者的廣泛關注。作為一種非線性 器件，憶阻器可以用來實現高頻混沌電路，從而在混沌保密通信、圖像加密和電子測量系統 中具有重要的應用價值。
[0003] 由于憶阻器沒有商品化，混沌電路只能建立在理論分析的基礎上，無法從電路方 面驗證其混沌行為。雖然文獻中提出了光滑型憶阻器的模擬等效實現電路，但工作頻率非 常有限；而且這些憶阻器混沌電路均包含電感，致使電路魯棒性較差，不便于集成。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述問題，本發明采用文氏橋式振蕩器和分段線性憶阻器設計了一種新 的混沌電路。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：
[0006] 混沌電路由文氏橋式振蕩器和分段線性憶阻器Μ構成。
[0007] 文氏橋式振蕩器由運放U及外圍元件和移相網絡構成，外圍元件有四個電阻Ri、R2、 Ri、Rf和二個電容C2、C3，移相網絡由電阻R及電容&組成。
[0008] 憶阻器Μ是一種分段線性憶阻器的模擬等效電路，由跟隨器、反相器、反相積分器、 窗口比較器、壓控開關和負阻抗轉換器串聯構成。運放山構成跟隨器，主要起隔離作用；運 放1] 2和三個電阻R4、R5、R6構成反相器;運放U3、三個電阻R7、R 8、R1Q和一個電容C5構成反相積 分器，實現對憶阻器端口電壓的積分;運放1] 4和1]5、二個IV直流電源、一個電阻R1Q及二個二 極管D1和D2構成窗口比較器，其輸出電平控制壓控開關S的通斷；壓控開關S采用高速集成 開關ADG2012AKN，電源電壓為±12V;運放U 6及二個電阻辦:和!^構成負阻抗轉換電路。
[0009] 工作過程是:利用文氏橋式振蕩器構成振蕩電路，線性電阻和線性電容組成移相 網絡，憶阻器Μ充當非線性器件使電路中的電壓或電流產生突變，電路在憶阻器的非線性作 用下從倍周期分岔進入混沌和超混沌狀態。
[0010] 本發明的有益技術效果是：電路具有很好的魯棒性(不含電感），而且可以采用通 用的電子器件實現，因而在保密通信、微弱信號檢測和電子測量等領域具有潛在的應用價 值。
【附圖說明】
[0011] 附圖1是基于文氏橋振蕩器和分段線性憶阻器的混沌電路。
[0012] 附圖2是分段線性憶阻器的等效實現電路。
[0013] 附圖3是磁控憶阻器Φ -q曲線。
[0014]附圖1帶箭頭短線表示支路電流，大寫字母代表節點。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0016] 憶阻器的類型為分段線性的有源磁控憶阻器，其磁鏈Φ和電荷q之間的關系曲線 如圖3所示，其數學表達式為
[0017] q( φ )=b<i>+0.5(a_b)( | Φ+1 |-| Φ-1 | )
[0018] 根據憶阻器的賦定關系，可以得到其憶導值為
[0020] 則憶阻器的端電壓和電流之間的關系可以表示為
[0021] i=ff( φ )v
[0022 ]根據基爾霍夫電流定律可以列出附圖1電路中節點A和B的電流方程為
[0023]
[0024] =ic,
[0025] 流過電容C3的電流為
[0027] 綜合上面三式可以得到以電容Ci、C2、C3的電壓V1、v2、 V3和憶阻器的內部狀態控制 變量Φ為狀態變量的系統狀態方程
[0029] 由上式可以看出，由于憶阻器的憶導值Ψ(Φ)受憶阻器內部控制變量Φ控制，當采 用憶阻器為非線性器件實現混沌電路時，系統會引入一個新的狀態變量，從而可以產生更 加豐富的動力學行為。
[0030] 根據文氏振蕩器的要求，Ri=R2，C2=C3，
，則上式的無量綱狀態方程為
[0034] 這個混沌電路是一個4維混沌系統。
[0035] 憶阻器Μ用一種分段線性憶阻器的模擬等效電路來實現，U3為反相積分器實現對 憶阻器端口電壓的積分，其輸出可以表示為
[0037] 其中G = R7C5為憶阻器等效電路的量化因子。根據法拉第定律，電壓對時間的積分 為磁鏈，即U 3的輸出對應憶阻器的內部狀態控制變量Φ (t)。集成運放1]4和1]5構成窗口比較 器，其輸出電平控制壓控開關S的通斷。集成運放U 6及外圍電阻構成負阻抗轉換電路。當v3ciut 時，窗口比較器的輸出為低電平，壓控開關處于斷開狀態，此時憶阻器的電導為-1/Ra， 當ν3_>1時，窗口比較器輸出為高電平，壓控開關處于導通狀態，此時憶阻器對應的電導 為(_1/R a+1/Rb)。
[0038] 基于文氏橋振蕩器和分段線性憶阻器的混沌電路的一種實現參數為：
[0039] 設置參數α = 7 · 5，β = 0.061，κ = 2· 1，γ = 1，a = _l · 2、b = _0.7，并取電阻R=3K Ω， 電容〇2 = [3 = 47以？。對電路參數進行反歸一化得到：(31 = 42(^?，1?1 = 1?2 = 0.21(0，1^ = 6.21( Ω，Ri = 3KQ。憶阻器等效實現電路的參數設置為Ra=2.5KQ，Rb = 6KQ，R4 = R5 = l0KQ，R7 = 3ΚΩ，C5 = 47yF，R8 = 68KQ，R10 = Rn = lKQ。
[0040] 以上是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據 本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于發明技術 方案的范圍內。
【主權項】
1. 一種基于文氏橋振蕩器和分段線性憶阻器的混沌電路，其特征在于，混沌電路由文 氏橋式振蕩器和分段線性憶阻器Μ構成;文氏橋式振蕩器由運放U及外圍元件和移相網絡構 成，外圍元件有四個電阻1?1、1?2、1^、1^和二個電容〇2、〇3，移相網絡由電阻1?及電容(：1組成 ;憶 阻器Μ是一種分段線性憶阻器的模擬等效電路，由跟隨器、反相器、反相積分器、窗口比較 器、壓控開關和負阻抗轉換器串聯構成;運放ΙΛ構成跟隨器，主要起隔離作用;運放U 2和三個 電阻R4、R5、R6構成反相器;運放U3、三個電阻R7、R8、RlQ和一個電容C5構成反相積分器，實現對 憶阻器端口電壓的積分;運放1] 4和1]5、二個IV直流電源、一個電阻R1Q及二個二極管D1和D2構 成窗口比較器，其輸出電平控制壓控開關S的通斷；壓控開關S采用高速集成開關 ADG2012AKN，電源電壓為± 12V;運放U6及二個電阻Rn和R12構成負阻抗轉換電路;利用文氏 橋式振蕩器構成振蕩電路，線性電阻和線性電容組成移相網絡，憶阻器Μ充當非線性器件使 電路中的電壓或電流產生突變，電路在憶阻器的非線性作用下從倍周期分岔進入混沌和超 混沌狀態。
【文檔編號】H04L9/00GK106027223SQ201610563399
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月16日
【發明人】潘豐, 智月明
【申請人】江南大學