CN108833079A - 一种简易超混沌电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种简易超混沌电路，涉及超混沌信号生成技术领域。它包括包括负电阻‑R、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和二极管D。本发明仅含6个电路元件，大大降低了超混沌电路实现的复杂度和元器件成本，使超混沌电路在保密通信等工程上的应用更加便利，这种简易超混沌电路也可作为高等院校教学演示的范例。
Description
技术领域
本发明涉及超混沌信号生成技术领域，尤其是一种简易超混沌电路。
背景技术
随着信息技术与通讯行业突飞猛进的发展，信息安全逐渐被行业和消费者重视。在传统的保密通信应用中，往往借助计算机产生伪随机数作为信息加密的秘钥。近四十年来，混沌理论及基于混沌的保密通信应用取得很大的进步，混沌信号是一种对初始值极度敏感的类似随机的信号，这给伪随机数的产生及其应用带来了另一条有效的途径。利用混沌信号很容易产生与之对应的伪随机码。对于判别光滑自治系统是否产生了混沌现象，李雅普诺夫指数是目前公认的也是通用的指标，李雅普诺夫指数一定程度上也反映了混沌信号的复杂性。一个混沌系统或者混沌电路必有一个正李雅普诺夫指数。而当电路或系统有两个或两个以上正李雅普诺夫指数时，我们称其为超混沌系统或超混沌电路，其产生的超混沌信号比混沌信号具有更好的复杂性，更利于基于保密通信的应用。
已有的超混沌电路大致分为两种：一种是具有多个动态元件和复杂非线性元件的自治电路，另一种是将超混沌系统进行电路实现的系统等效电路。已有的超混沌电路构造复杂，包含大量的分立元器件，尤其是超混沌系统的等效实现电路，如申请号为201210467958.2的专利和申请号为201310334518.4的发明专利，包含了多级运放运算电路，往往需要数十个分立电路元件。这使得电路实现中难免会消耗更多能量，且带来更复杂的、难以控制的寄生参数，给混沌信号的进一步应用带来了一定的阻碍。因此，实现一种简易超混沌电路对于基于超混沌信号的工程应用具有很大的价值。
发明内容
为解决上述现有超混沌电路实现复杂问题，本发明提供一种简易超混沌电路，该电路含有极少电路元件，大大降低元器件成本和电路实现复杂度，使超混沌信号在工程上的应用更容易。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种简易超混沌电路，它包括负电阻-R、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和二极管D，负电阻-R的一端与第二电容C2的正极相连；负电阻-R的另一端与第二电容C2的负极相连；第二电感L2的一端与第二电容C2的正极相连；第二电感L2的另一端与第二电容C2的负极相连；第二电容C2的负极接地；第一电感L1的一端与第二电容C2的正极相连；第一电感L1的另一端与二极管D的阳极相连；第一电容C1的正极与二极管D的阳极相连；第一电容C1的负极与二极管D的阴极相连；二极管D的阴极接地。
进一步地，负电阻-R为运放和电阻实现的负阻抗变换器模块。
进一步地，第一电容C1和第二电容C2均为独石电容。
进一步地，第一电感L1和第二电感L2均为手工绕制的铁磁介质环形电感。
进一步地，二极管D为1N4148。
有益效果：
本发明的简易超混沌电路，仅含6个电路元件，大大降低了超混沌电路实现的复杂度和元器件成本，从而实现能耗的降低，提高超混沌电路的易用性与便利性，这种简易超混沌电路也可作为高等院校教学演示的范例。
附图说明
图1为本发明一实施例的简易超混沌电路的电路图；
图2为本发明一实施例的超混沌吸引子在v1-v2平面的数值仿真相图；
图3为本发明一实施例的超混沌吸引子在v1-v2平面的实验相图；
相关元件符号说明：电阻Ra、Rb、R，二极管D，第一电容C1，第二电容C2，第一电感L1，第二电感L2，运算放大器U1a，正电源VCC，负电源VEE，电容电压v1、v2，电感电流i1、i2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
数学建模：
如图1所示，本实施例提出一种简易超混沌电路，它包括电阻Ra、Rb、R和运算放大器U1a实现的负电阻-R、二极管D、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1和第二电感L2。该电路的状态方程可以由电容电压v1、v2，电感电流i1、i2表示为：
其中，iD为流过二极管的电流，IS,n,VT分别为二极管的反向饱和电流，发射系数和温度的电压当量，常温下分别为5.84nA，1.94，25mV。
数值仿真与电路实验：
利用MATLAB仿真软件对状态方程(1)进行数值仿真，选取4个状态变量的初始值为v1＝1mV、v2＝0V，i1＝0A、i2＝0A，电路参数为Ra＝1kΩ、Rb＝1kΩ、R＝2kΩ、C1＝10nF、C2＝20nF、L1＝10mH、L2＝40mH，使用龙格-库塔ODE23算法仿真得到v1-v2平面的吸引子相图，如图2所示。使用Wolf方法计算得到四个有限时间李雅普诺夫指数为L1＝2592.6，L2＝400.7，L3＝4.6，L4＝-293852.2，由于L1>0，L2>0，当计算时间t→∞时，L3→0，表明该吸引子是超混沌的。使用图1所示的电路元件型号和电路元件参数进行电路实验，数字示波器测得超混沌吸引子在v1-v2平面的实验相图，如图3所示。这验证了本发明的一种简易超混沌电路的可行性。
综上所述，本实施例仅使用较少的商用分立电路元件，实现可靠地超混沌信号源，大大降低元器件成本和电路复杂度，使超混沌信号在保密通信等工程上的应用更便利。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种简易超混沌电路，其特征在于：它包括负电阻-R、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和二极管D，所述负电阻-R的一端与所述第二电容C2的正极相连；所述负电阻-R的另一端与所述第二电容C2的负极相连；所述第二电感L2的一端与所述第二电容C2的正极相连；所述第二电感L2的另一端与所述第二电容C2的负极相连；所述第二电容C2的负极接地；所述第一电感L1的一端与所述第二电容C2的正极相连；所述第一电感L1的另一端与所述二极管D的阳极相连；所述第一电容C1的正极与所述二极管D的阳极相连；所述第一电容C1的负极与所述二极管D的阴极相连；所述二极管D的阴极接地。
2.根据权利要求1的简易超混沌电路，其特征在于：所述负电阻-R为运放和电阻实现的负阻抗变换器模块。
3.据权利要求1或2的简易超混沌电路，其特征在于：所述第一电容C1和所述第二电容C2均为独石电容。
4.据权利要求1或2的简易超混沌电路，其特征在于：所述第一电感L1和所述第二电感L2均为手工绕制的铁磁介质环形电感。
5.根据权利要求1或2的简易超混沌电路，其特征在于：所述二极管D为1N4148。
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