CN110138363A - 一种三维整数阶调频系统的模拟电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种三维整数阶调频系统的模拟电路，所述模拟电路由三个通道构成，包括第一、第二以及第三通道，每个通道通过反相器、反相积分器、乘法器、电阻以及电容的链接设置，并将每个通道的输入输出链接设置，设计每个通道内各个元器件的参数，能够有效模拟出混沌系统，并且通过改变通道中电阻和电容的大小，能够改变所述系统的频率，丰富系统的混沌特定和可变频率特性，增加系统的复杂程度，并且电路结构简单，能够扩大混沌系统的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种三维整数阶调频系统的模拟电路。
背景技术
目前，混沌系统在工程最为直接的应用便是混沌电路的实现，包括模拟电路实现与数字电路实现。
对于混沌系统，有三个比较重要参数即初相位、频率以及幅值，而对于变频沌系统，因为频率变化较广的特点，使得设计电路应用范围更广，变频吸引子混沌电路所产生的吸引子具有很好的变频特性，使得此类系统广泛应用于通信保密，加密系统，这是许多工程师致力于变频吸引子混沌电路设计的关键所在。，而目前混沌电路主要以经典电路为主如Lorenz电路、Chen电路、LV电路以及QI电路等，此几种经典系统都无法做到调整参数，系统频率可变。
由此可见，现有对于混沌系统的模拟电路，无法对系统的频率做出改变，系统混沌特性不够丰富，进而无法满足现代社会的需求，继续改进。
发明内容
基于此，有必要提供一种三维整数阶调频系统的模拟电路，以解决上述现有对于混沌系统的模拟电路，无法对系统的频率做出改变，系统混沌特性不够丰富，进而无法满足现代社会的需求的技术问题。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种三维整数阶调频系统的模拟电路，包括：
第一通道，包括反相积分器U3、反相器U1、电容C1、电阻R11、R12、 R14、R15以及乘法器A3，其中反相器U1的引脚2接电阻R11、电阻R12、电阻R14的一端，电阻R12另一端连接乘法器A3的输出端，电阻R14的另一端连接反相器U1的引脚6，反相器U1的引脚6通过电阻R15连接反相积分器U3 的引脚2，反相积分器U3的引脚2通过电容C1连接反相积分器U3的引脚6，反相器U1的引脚3与反相积分器U3的引脚3接地，反相器U1的引脚4与反相积分器U3的引脚4接VDD，反相器U1的引脚7与反相积分器U3的引脚7 接VCC；
第二通道，包括乘法器A2、A4、A5、反相器U4、反相积分器U6、电容 C2、以及电阻R21、R22、R23、R24、R25，其中，乘法器A5的输出端通过电阻R21与反相器U4的引脚2相连，乘法器A2的输出端通过电阻R22与反相器 U4的引脚2相连，乘法器A4的输出端通过电阻R23与反相器U4的引脚2相连，反相器U4的引脚2通过电阻R24连接反相器U4的引脚6，反相器U4的引脚6通过电阻R25连接反相积分器U6的引脚2，反相积分器U6的引脚2通过电容C2连接反相积分器U6的引脚6，反相放大器U4的引脚3与反相积分器 U6的引脚3接地，反相器U4的引脚4与反相积分器U6的引脚4接VDD，反相器U4的引脚7与反相积分器U6的引脚7接VCC；以及
第三通道，包括乘法器A1、反相器U9、U10、反相积分器U11、电容C3、电阻R34、R36、R37、R38、R39、以及多圈滑动电阻器R35，其中乘法器A1 的输出端通过电阻R34连接到反相器U9的引脚2，多圈滑动电阻器R35的一端连接反相器U9的引脚2，反相器U9的引脚2通过电阻R36连接反相器U9的引脚6，反相器U9的引脚6通过电阻R37连接反相积分器U11的引脚2，反相积分器U11的引脚2连接通过电容C3连接反相积分器U11的引脚6，反相积分器U11的引脚6通过电阻R38连接到反相器U10的引脚2，反相器U10的引脚 2通过电阻R39连接反相器U10的引脚6，反相器U9的引脚3、反相积分器U11 的引脚3以及反相器U10的引脚3接地，反相器U9的引脚4、反相积分器U11 的引脚4以及反相器U10的引脚4接VDD，反相器U9的引脚7、反相器积分 U11的引脚7以及反相器U10的引脚7接VCC；
其中第一通道的输出信号连接第一通道中U1的负输入端以及第三通道中 U9的负输入端，第二通道的输出信号连接至乘法器A3的一个输入端、乘法器 A4的一个输入端、乘法器A5的两个输入端以及乘法器A1的两个输入端，第三通道中U11的输出信号连接至乘法器A3的另一个输入端、乘法器A4的另一个输入端以及乘法器A2的一个输入端，第三通道的输出信号连接至乘法器A2的另一个输入端。
本发明实施例中的一种三维整数阶调频系统的模拟电路，可以实现对混沌系统的模拟，并且电路结构简单，通过改变电路中电阻、电容的大小可以实现系统对应无量纲数学模型的参数的改变，实现系统频率的改变，增加系统的馄饨特点和频率可变特性，扩大混沌系统的使用范围。
附图说明
图1为一个实施例中提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路的电路图；
图2为一个实施例中提供的R35＝10KΩ时输出信号z的输出波形图；
图3为一个实施例中提供的R35＝5KΩ时输出信号z的输出波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx单元称为第二xx单元，且类似地，可将第二xx单元称为第一xx单元。
图1为本发明实施例中提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路的电路图，详述如下。
在本发明实施例提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路中，包括三个通道，如图1所示：
第一通道，包括反相积分器U3、反相器U1、电容C1、电阻R11、R12、 R14、R15以及乘法器A3，其中反相器U1的引脚2接电阻R11、电阻R12、电阻R14的一端，电阻R12另一端连接乘法器A3的输出端，电阻R14的另一端连接反相器U1的引脚6，反相器U1的引脚6通过电阻R15连接反相积分器U3 的引脚2，反相积分器U3的引脚2通过电容C1连接反相积分器U3的引脚6，反相器U1的引脚3与反相积分器U3的引脚3接地，反相器U1的引脚4与反相积分器U3的引脚4接VDD，反相器U1的引脚7与反相积分器U3的引脚7 接VCC；
第二通道，包括乘法器A2、A4、A5、反相器U4、反相积分器U6、电容 C2、以及电阻R21、R22、R23、R24、R25，其中，乘法器A5的输出端通过电阻R21与反相器U4的引脚2相连，乘法器A2的输出端通过电阻R22与反相器 U4的引脚2相连，乘法器A4的输出端通过电阻R23与反相器U4的引脚2相连，反相器U4的引脚2通过电阻R24连接反相器U4的引脚6，反相器U4的引脚6通过电阻R25连接反相积分器U6的引脚2，反相积分器U6的引脚2通过电容C2连接反相积分器U6的引脚6，反相放大器U4的引脚3与反相积分器 U6的引脚3接地，反相器U4的引脚4与反相积分器U6的引脚4接VDD，反相器U4的引脚7与反相积分器U6的引脚7接VCC；以及
第三通道，包括乘法器A1、反相器U9、U10、反相积分器U11、电容C3、电阻R34、R36、R37、R38、R39、以及多圈滑动电阻器R35，其中乘法器A1 的输出端通过电阻R34连接到反相器U9的引脚2，多圈滑动电阻器R35的一端连接反相器U9的引脚2，反相器U9的引脚2通过电阻R36连接反相器U9的引脚6，反相器U9的引脚6通过电阻R37连接反相积分器U11的引脚2，反相积分器U11的引脚2连接通过电容C3连接反相积分器U11的引脚6，反相积分器U11的引脚6通过电阻R38连接到反相器U10的引脚2，反相器U10的引脚 2通过电阻R39连接反相器U10的引脚6，反相器U9的引脚3、反相积分器U11 的引脚3以及反相器U10的引脚3接地，反相器U9的引脚4、反相积分器U11 的引脚4以及反相器U10的引脚4接VDD，反相器U9的引脚7、反相器积分 U11的引脚7以及反相器U10的引脚7接VCC；
其中第一通道的输出信号连接第一通道中U1的负输入端以及第三通道中 U9的负输入端，第二通道的输出信号连接至乘法器A3的一个输入端、乘法器 A4的一个输入端、乘法器A5的两个输入端以及乘法器A1的两个输入端，第三通道中U11的输出信号连接至乘法器A3的另一个输入端、乘法器A4的另一个输入端以及乘法器A2的一个输入端，第三通道的输出信号连接至乘法器A2的另一个输入端。
作为本发明一种实施例，第一通道中U3的输出端为第一通道的输出端，其输出信号设为x，第二通道中U6的输出端为第二通道的输出端，其输出信号设为y，第三通道中U10的输出端为第三通道的输出端，其输出信号设为-z，第三通道中U11的输出信号则为z；在本发明实施例中，第一通道的输出信号x通过多圈滑动电阻器R35连接到反相器U9的引脚2，第二通道的输出信号y连接值乘法器A3的一个输入端、乘法器A5的两个输入端、乘法器A4的一个输入端以及乘法器A1的两个输入端，第三通道中U11的输出信号z连接值乘法器A2 的一个输入端、乘法器A3的另一个输入端、以及乘法器A4的另一个输入端，第三通道的输出信号-z到乘法器A2的另一个输入端；则本发明实施例提供的三维整数阶调频系统的模拟电路所模拟的混沌系统的无量纲数学模型如式(1)所示：
其中，x、y、z为状态参数，a、b、c为方程参数，随着参数c的变化，式 (1)所代表的混沌系统的频率变化就越大，则作为本发明一种实施例，本发明实施例中提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路中的震荡电路方程如式 (2)所示：
其中，x、y、z为状态变量，R为电路中对应电阻的组织，c为电路中对应电容的电容值，从式(2)中可以看出，通过改变电路中电阻、电容的大小，即可改变方程参数的大小，实现系统频率的变化。
本发明实施例中提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路中的震荡电路方程通过第一、第二以及第三通道对混沌系统进行模拟，电路结构简单，通过改变电路中电阻及电容的大小，可以实现电路方程参数的改变，实现系统频率的改变。
在本发明实施例提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路中，还包括：
所述的反相器U1、反相器U2、反相器U4、反相器U5、反相器U9、反相器U10以及反相积分器U11均采用运放器LM741；
所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3、乘法器A4以及乘法器A5均采用乘法器AD633；
第一通道电阻R11＝100kΩ，电阻R12＝1KΩ，电阻R14＝10KΩ，电阻R15＝1K Ω，电容C1＝0.1μF，第二通道电阻R21＝1KΩ，电阻R22＝11KΩ，电阻 R23＝R24＝10KΩ，电阻R25＝10KΩ，电容C2＝10nF；第三通道电阻R34＝200k Ω，R36＝10kΩ，R37＝R38＝R39＝10KΩ，电容C3＝10nF，VCC＝15，VDD＝-15V。
在本发明实施例中，反相器、反相积分器和乘法器都可以根据实际情况选用需要的型号，作为本发明一种优选的实施例，反相器和反相积分器都采用运放器LM741，乘法器都采用乘法器AD633；作为本发明一种实施例，电阻和电容的大小还可以根据实际情况进行选用，选用不同大小的电容和电阻时，本发明模拟的混沌系统的参数会存在区别；作为本发明一种优选的实施例，第一通道电阻R11＝100kΩ，电阻R12＝1KΩ，电阻R14＝10KΩ，电阻R15＝1KΩ，电容C1＝0.1μF，第二通道电阻R21＝1KΩ，电阻R22＝11KΩ，电阻R23＝R24＝10K Ω，电阻R25＝10KΩ，电容C2＝10nF；第三通道电阻R34＝200kΩ，R36＝10kΩ， R37＝R38＝R39＝10KΩ，电容C3＝10nF，VCC＝15，VDD＝-15V。
本发明实施例中提供的一种三维整数阶调频系统的模拟电路中，通过第一、第二以及第三通道分别实现式(1)中的第一、第二以及第三个函数，电路结构简单，通过改变电路中电阻及电容的大小，可以实现电路方程参数的改变，实现系统频率的改变。
作为本发明一种实施例，采用本发明上述实施例中的模拟电路对上述式(1) 中的混沌系统进程模拟，如图2和3所示，分别示出了R35＝10KΩ时输出z的波形图以及R35＝5KΩ时输出z的输出波形图，从附图2和3中可以看出，在不同的组织下，系统的混沌特性和频率的可变性，丰富了系统的混沌类型，使得混沌系统的应用范围更加的广泛。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种三维整数阶调频系统的模拟电路，其特征在于，所述三维整数阶调频系统的模拟电路包括：
第一通道，包括反相积分器U3、反相器U1、电容C1、电阻R11、R12、R14、R15以及乘法器A3，其中反相器U1的引脚2接电阻R11、电阻R12、电阻R14的一端，电阻R12另一端连接乘法器A3的输出端，电阻R14的另一端连接反相器U1的引脚6，反相器U1的引脚6通过电阻R15连接反相积分器U3的引脚2，反相积分器U3的引脚2通过电容C1连接反相积分器U3的引脚6，反相器U1的引脚3与反相积分器U3的引脚3接地，反相器U1的引脚4与反相积分器U3的引脚4接VDD，反相器U1的引脚7与反相积分器U3的引脚7接VCC；
第二通道，包括乘法器A2、A4、A5、反相器U4、反相积分器U6、电容C2、以及电阻R21、R22、R23、R24、R25，其中，乘法器A5的输出端通过电阻R21与反相器U4的引脚2相连，乘法器A2的输出端通过电阻R22与反相器U4的引脚2相连，乘法器A4的输出端通过电阻R23与反相器U4的引脚2相连，反相器U4的引脚2通过电阻R24连接反相器U4的引脚6，反相器U4的引脚6通过电阻R25连接反相积分器U6的引脚2，反相积分器U6的引脚2通过电容C2连接反相积分器U6的引脚6，反相放大器U4的引脚3与反相积分器U6的引脚3接地，反相器U4的引脚4与反相积分器U6的引脚4接VDD，反相器U4的引脚7与反相积分器U6的引脚7接VCC；以及
第三通道，包括乘法器A1、反相器U9、U10、反相积分器U11、电容C3、电阻R34、R36、R37、R38、R39、以及多圈滑动电阻器R35，其中乘法器A1的输出端通过电阻R34连接到反相器U9的引脚2，多圈滑动电阻器R35的一端连接反相器U9的引脚2，反相器U9的引脚2通过电阻R36连接反相器U9的引脚6，反相器U9的引脚6通过电阻R37连接反相积分器U11的引脚2，反相积分器U11的引脚2连接通过电容C3连接反相积分器U11的引脚6，反相积分器U11的引脚6通过电阻R38连接到反相器U10的引脚2，反相器U10的引脚2通过电阻R39连接反相器U10的引脚6，反相器U9的引脚3、反相积分器U11的引脚3以及反相器U10的引脚3接地，反相器U9的引脚4、反相积分器U11的引脚4以及反相器U10的引脚4接VDD，反相器U9的引脚7、反相器积分U11的引脚7以及反相器U10的引脚7接VCC；
其中第一通道的输出信号连接第一通道中U1的负输入端以及第三通道中U9的负输入端，第二通道的输出信号连接至乘法器A3的一个输入端、乘法器A4的一个输入端、乘法器A5的两个输入端以及乘法器A1的两个输入端，第三通道中U11的输出信号连接至乘法器A3的另一个输入端、乘法器A4的另一个输入端以及乘法器A2的一个输入端，第三通道的输出信号连接至乘法器A2的另一个输入端。
2.根据权利要求1所述的三维整数阶调频系统的模拟电路，其特征在于，所述的反相器U1、反相器U2、反相器U4、反相器U5、反相器U9、反相器U10以及反相积分器U11均采用运放器LM741。
3.根据权利要求1所述的三维整数阶调频系统的模拟电路，其特征在于，所述的乘法器A1、乘法器A2、乘法器A3、乘法器A4以及乘法器A5均采用乘法器AD633。
4.根据权利要求1所述的三维整数阶调频系统的模拟电路，其特征在于，第一通道电阻R11=100kΩ，电阻R12=1KΩ，电阻R14=10KΩ，电阻R15=1KΩ，电容C1=0.1μF，第二通道电阻R21=1KΩ，电阻R22=11KΩ，电阻R23=R24=10KΩ，电阻R25=10KΩ，电容C2=10nF；第三通道电阻R34=200kΩ，R36=10kΩ，R37=R38=R39=10KΩ，电容C3=10nF，VCC=15，VDD=-15V。
5.根据权利要求1所述的三维整数阶调频系统的模拟电路，其特征在于，所述第一通道、第二通道以及第三通道模拟的混沌系统的无量纲数学模型为：
其中，x、y、z为状态变量，a、b、c为方程参数。
6.根据强烈要求5所述的三维整数阶调频系统的模拟电路，其特征在于，所述方程参数a、b、c的值分别有第一、第二、第三用到中的电阻和电容确定，通过改变电阻和电容的大小，可以实现方程参数的变化。
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