CN117318623A - 一种对偶规范蔡氏振荡器的电路 - Google Patents

一种对偶规范蔡氏振荡器的电路 Download PDF

Info

Publication number
CN117318623A
CN117318623A CN202311172746.6A CN202311172746A CN117318623A CN 117318623 A CN117318623 A CN 117318623A CN 202311172746 A CN202311172746 A CN 202311172746A CN 117318623 A CN117318623 A CN 117318623A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
zeiss
diode
oscillator
dual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202311172746.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117318623B (zh
Inventor
王宁
徐单
徐权
俞希洪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou University
Original Assignee
Changzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou University filed Critical Changzhou University
Priority to CN202311172746.6A priority Critical patent/CN117318623B/zh
Publication of CN117318623A publication Critical patent/CN117318623A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117318623B publication Critical patent/CN117318623B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明涉及混沌电路技术领域，尤其涉及一种对偶规范蔡氏振荡器的电路，包括蔡氏二极管电路、第一微分电路、第三微分电路、第二微分电路和负电阻电路；其中，蔡氏二极管电路与第一微分电路串联后两端与第三微分电路并联，第二微分电路与负电阻电路串联后两端也与第三微分电路并联；通过调整对偶规范蔡氏振荡器的电路参数，产生不同的混沌动力学行为。本发明寻找拓扑结构简单且与现有蔡氏电路结构不同的混沌电路，形成具有显著特点与优点、可靠实用的新型混沌信号源，可以丰富蔡氏电路族的形式。

Description

一种对偶规范蔡氏振荡器的电路
技术领域
本发明涉及混沌电路技术领域，尤其涉及一种对偶规范蔡氏振荡器的电路。
背景技术
蔡氏电路是第一个表现出混沌的电子电路，验证了物理世界中混沌的存在。蔡氏电路拓扑结构十分简单，只含有四个基本元件和一个非线性元件，因其简洁性成为研究非线性电路中混沌的典范。通过调节电路中电阻的阻值，便可从电路中观察到周期极限环、单涡卷和双涡卷混沌吸引子等非线性动力学现象。在此基础上，学者们还进一步研究了蔡氏电路的其他形式，如对偶蔡氏电路、变形蔡氏电路、多涡卷蔡氏电路等。其中，对偶蔡氏电路是由电路中的对偶性发展而来。对偶性不仅引导蔡氏电路的拓扑结构发生改变，例如由串联到并联；还能进行电器变换操作，例如从电容到电感、电压控制到电流控制的模块等。
发明内容
针对现有电路的不足，本发明寻找拓扑结构简单且与现有蔡氏电路结构不同的混沌电路，形成具有显著特点与优点、可靠实用的新型混沌信号源，可以丰富蔡氏电路族的形式。
本发明所采用的技术方案是：一种对偶规范蔡氏振荡器的电路包括：蔡氏二极管电路、第一微分电路、第三微分电路、第二微分电路和负电阻电路；其中，蔡氏二极管电路与第一微分电路串联后两端与第三微分电路并联，第二微分电路与负电阻电路串联后两端也与第三微分电路并联；
通过调整对偶规范蔡氏振荡器的电路的参数，产生不同的动力学行为。
进一步的，蔡氏二极管电路包括：电阻R1-R4和运算放大器U1；U1的反向输入端与R1和R4的公共端连接，U1的同向输入端与R2和R3的公共端连接，U1的输出端分别与R1和R2的一端连接。
进一步的，负电阻电路包括：电阻R5、R6、R和运算放大器U2；U2的反向输入端与R5的一端连接，U2的同向输入端与R6和R的公共端连接，U2的输出端分别与R5和R6的一端连接。
进一步的，第一微分电路为电感L1。
进一步的，第二微分电路为电感L2。
进一步的，第三微分电路为电容C。
进一步的，对偶规范蔡氏振荡器的电路状态方程为：
其中，F(i1)为蔡氏二极管RN的伏安特性函数，i1、i2分别为流经电感L1、L2的电流；R为积分电路负电阻的阻值，v3为电容C两端的电压。
进一步的，蔡氏二极管电路的数学模型为：
其中，Esat代表运算放大器的饱和电压，Bp为蔡氏二极管伏安线性曲线的断点，具有电流量纲；ra、rb为蔡氏二极管伏安线性曲线的分段斜率；R1-R4为蔡氏二极管等效电路的电阻，iN为蔡氏二极管电路的输入电流，vN为蔡氏二极管电路的输入电压。
本发明的有益效果：
本发明电路拓扑结构简单，实现成本较低并能产生复杂的非线性动力学现象，可作为一种新型混沌信号源。
附图说明
图1是本发明的对偶规范蔡氏振荡器的电路图；
图2(a)(b)分别是蔡氏二极管RN和负电阻-R的等效电路实现装置；
图3是本发明的状态变量在z-y平面数值仿真相轨图；
图4是本发明的状态变量在v3-i2平面电路仿真相轨图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、2所示，一种对偶规范蔡氏振荡器的电路包括：
电容C、电感L1、电感L2、负电阻-R和蔡氏二极管RN；其中，1端和2端分别为蔡氏二极管RN的输入端和输出端；电容C的正极端记为a端，负极端记为b端；电感L2的输出端与a端相连，输入端与负电阻-R的上端相连记作3端，负电阻-R的下端与b端相连；电感L1的输入端与a端相连，输出端与蔡氏二极管RN的输入端1相连，蔡氏二极管RN的输出端2与b端相连；b端接地。
蔡氏二极管RN的实现电路如图2(a)所示，包括：电阻R1-R4和运算放大器U1；记蔡氏二极管RN输入端为“1”，输出端为“2”；“1”端连接电阻R4的右端，电阻R4的左端连接运算放大器U1的反相输入端，U1的反相输入端和输出端之间跨接电阻R1，U1的同相输入端和输出端之间跨接电阻R2，电阻R3的左端连接U1的同相输入端，R3的右端接地并记作“2”端。
负电阻-R如图2(b)所示，是通过电流反相器与一个电阻串联实现的，包括：电阻R5、R6、R和运算放大器U2；U2的反相输入端和输出端之间跨接电阻R5，U2的同相输入端和输出端之间跨接电阻R6；电阻R的左端连接U2的同相输入端，右端接地。
数学建模：本发明采用蔡氏二极管RN，其等效实现电路如图2(a)所示；令蔡氏二极管RN的输入端电压和电流分别为vN和iN，其数学模型可描述为：
其中，Esat代表运算放大器的饱和电压，Bp为蔡氏二极管伏安线性曲线的断点，具有电流量纲；ra、rb为蔡氏二极管伏安线性曲线的分段斜率；R1-R4为蔡氏二极管等效电路的电阻。
采用式(1)描述的蔡氏二极管RN和图2(b)的负电阻-R构建对偶规范蔡氏振荡器的实现电路；其动力学模型可通过流过电感L1、L2的电流i1、i2和电容C两端的电压v3表示为：
其中，F(i1)为蔡氏二极管RN的伏安特性函数，i1、i2分别为流经电感L1、L2的电流；R为积分电路负电阻的阻值，v3为电容C两端的电压。
对式(2)作如下尺度变换：
其中τ0＝L2/R为电路时间常数。
式(2)的无量纲方程可写为：
其中，x、y、z分别为电感L1、L2和电容C的状态变量，是对x、y、z状态变量进行微分；f(x)＝bx+0.5(a-b)(|x+1|-|x-1|)，α、β是控制参数，a、b分别对应蔡氏二极管特性曲线的分段斜率ra、rb。
数值仿真：根据图1、2所示一种对偶规范蔡氏振荡器的电路，利用MATLAB仿真软件平台，可以对由式(4)所描述的系统进行数值仿真分析；通过调整对偶规范蔡氏振荡器的电路的参数：L1＝2mH、L2＝8mH、C＝10nF、R1＝500Ω、R2＝500Ω、R3＝2kΩ、R4＝2kΩ、R5＝200Ω、R6＝200Ω、R＝560Ω、Esat＝13.5，代入式(3)作尺度变换后的参数，可获得状态变量在z-y平面的数值仿真相轨图，如图3所示。
电路仿真：选择型号为AD9631AN的运算放大器，并提供±15V直流工作电压，选择与数值仿真一致的典型电路参数，进行电路仿真分析，电路状态变量在v3-i2平面的电路仿真相轨图如图4所示。对比可以发现，图3和图4基本一致，该结果进一步证实了一种对偶规范蔡氏振荡器的电路可产生混沌现象分析的正确性。
本发明提供的的一种对偶规范蔡氏振荡器的电路实现，其结构简单，可作为一类简易可行的新型混沌电路，为蔡氏电路族研究及其硬件实现提供参考价值。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，包括：蔡氏二极管电路、第一微分电路、第三微分电路、第二微分电路和负电阻电路；其中，蔡氏二极管电路与第一微分电路串联后两端与第三微分电路并联，第二微分电路与负电阻电路串联后两端也与第三微分电路并联；通过调整对偶规范蔡氏振荡器的电路参数，产生不同的混沌动力学行为。
2.根据权利要求1所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，蔡氏二极管电路包括：电阻R1-R4和运算放大器U1；U1的反向输入端与R1和R4的公共端连接，U1的同向输入端与R2和R3的公共端连接，U1的输出端分别与R1和R2的一端连接。
3.根据权利要求1所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，负电阻电路包括：电阻R5、R6、R和运算放大器U2；U2的反向输入端与R5的一端连接，U2的同向输入端与R6和R的公共端连接，U2的输出端分别与R5和R6的一端连接。
4.根据权利要求1所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，第一微分电路为电感L1。
5.根据权利要求1所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，第二微分电路为电感L2。
6.根据权利要求1所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，第三微分电路为电容C。
7.根据权利要求1所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，对偶规范蔡氏振荡器的电路的状态方程为：
其中，F(i1)为蔡氏二极管RN的伏安特性函数，i1、i2分别为流经电感L1、L2的电流；R为积分电路负电阻的阻值，v3为电容C两端的电压。
8.根据权利要求2所述的对偶规范蔡氏振荡器的电路，其特征在于，蔡氏二极管电路的数学模型为：
其中，Esat代表运算放大器的饱和电压，Bp为蔡氏二极管伏安线性曲线的断点，具有电流量纲；ra、rb为蔡氏二极管伏安线性曲线的分段斜率；R1-R4为蔡氏二极管等效电路的电阻，iN为蔡氏二极管电路的输入电流，vN为蔡氏二极管电路的输入电压。
CN202311172746.6A 2023-09-12 2023-09-12 一种对偶规范蔡氏振荡器的电路 Active CN117318623B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311172746.6A CN117318623B (zh) 2023-09-12 2023-09-12 一种对偶规范蔡氏振荡器的电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311172746.6A CN117318623B (zh) 2023-09-12 2023-09-12 一种对偶规范蔡氏振荡器的电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117318623A true CN117318623A (zh) 2023-12-29
CN117318623B CN117318623B (zh) 2024-06-21

Family

ID=89296264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311172746.6A Active CN117318623B (zh) 2023-09-12 2023-09-12 一种对偶规范蔡氏振荡器的电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117318623B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6047276A (en) * 1996-03-21 2000-04-04 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Cellular neural network to implement the unfolded Chua's circuit
US20020154677A1 (en) * 2001-01-12 2002-10-24 Stmicroelectronics S.R.L. Programmbale chaos generator and process for use thereof
US20050134409A1 (en) * 2003-11-10 2005-06-23 Stmicroelectronics Pvt. Ltd. Chua's circuit and it's use in hyperchaotic circuit
RU2256287C1 (ru) * 2004-01-12 2005-07-10 Прокопенко Вадим Георгиевич Генератор хаотических колебаний
US6980657B1 (en) * 1998-07-17 2005-12-27 Science Applications International Corporation Communications system using chaotic synchronized circuits
KR101331794B1 (ko) * 2012-08-03 2013-11-21 인제대학교 산학협력단 이중 전압 제어가 가능한 3상 클록 구동 카오스 발진기
CN103684264A (zh) * 2013-11-14 2014-03-26 常州大学 一种忆阻电路与非线性电路可切换的混沌信号源
CN105846990A (zh) * 2016-05-04 2016-08-10 常州大学 一种改进型规范式蔡氏混沌电路
CN110022200A (zh) * 2019-03-11 2019-07-16 常州大学 具有线平衡点的非理想压控型忆阻混沌电路

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6047276A (en) * 1996-03-21 2000-04-04 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Cellular neural network to implement the unfolded Chua's circuit
US6980657B1 (en) * 1998-07-17 2005-12-27 Science Applications International Corporation Communications system using chaotic synchronized circuits
US20020154677A1 (en) * 2001-01-12 2002-10-24 Stmicroelectronics S.R.L. Programmbale chaos generator and process for use thereof
US20050134409A1 (en) * 2003-11-10 2005-06-23 Stmicroelectronics Pvt. Ltd. Chua's circuit and it's use in hyperchaotic circuit
RU2256287C1 (ru) * 2004-01-12 2005-07-10 Прокопенко Вадим Георгиевич Генератор хаотических колебаний
KR101331794B1 (ko) * 2012-08-03 2013-11-21 인제대학교 산학협력단 이중 전압 제어가 가능한 3상 클록 구동 카오스 발진기
CN103684264A (zh) * 2013-11-14 2014-03-26 常州大学 一种忆阻电路与非线性电路可切换的混沌信号源
CN105846990A (zh) * 2016-05-04 2016-08-10 常州大学 一种改进型规范式蔡氏混沌电路
CN110022200A (zh) * 2019-03-11 2019-07-16 常州大学 具有线平衡点的非理想压控型忆阻混沌电路

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NING WANG: "Generating Multi-Scroll Chua’s Attractors via Simplified Piecewise-Linear Chua’s Diode", 《IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I: REGULAR PAPERS ( VOLUME: 66, ISSUE: 12, DECEMBER 2019)》, 31 December 2019 (2019-12-31), pages 4767 - 4779, XP011753792, DOI: 10.1109/TCSI.2019.2933365 *
包伯成;胡文;许建平;刘中;邹凌;: "忆阻混沌电路的分析与实现", 物理学报, no. 12, 15 December 2011 (2011-12-15), pages 1 - 3 *
尚广超;潘峰;: "蔡氏对偶电路的建模及仿真研究", 太原科技大学学报, no. 03, 15 June 2016 (2016-06-15), pages 1 - 3 *
张琳琳;张烁;常文亭;张玉曼;窦刚;: "基于蔡氏对偶电路的四阶忆阻混沌电路", 中国科技论文, no. 08, 23 April 2017 (2017-04-23), pages 1 - 3 *
徐伟;马进颖;: "蔡氏混沌电路在Multisim软件中的设计与仿真", 电子器件, no. 06, 20 December 2013 (2013-12-20), pages 1 - 3 *
杜军;王婷婷;陈新来;张婷;: "基于MutiSIM的蔡氏混沌序列仿真研究", 通信技术, no. 04, 10 April 2010 (2010-04-10), pages 1 - 3 *
段晓飞: "一种基于有源模拟电感的单电源蔡氏电路", 《太赫兹科学与电子信息学报》, 31 December 2021 (2021-12-31), pages 1120 - 1125 *
王姮;张华;王牛;李幸;: "蔡氏电路及蔡氏振荡器中非线性电阻实现的研究", 西南工学院学报, no. 03, 30 August 2000 (2000-08-30), pages 1 - 3 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117318623B (zh) 2024-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Flux–charge analysis of two-memristor-based Chua's circuit: dimensionality decreasing model for detecting extreme multistability
Chua Device modeling via nonlinear circuit elements
Kennedy et al. Hysteresis in electronic circuits: A circuit theorist's perspective
Itoh et al. Duality of memristor circuits
Yang et al. Modeling and analysis of a fractional-order generalized memristor-based chaotic system and circuit implementation
CN110097182B (zh) 用神经激活梯度λ控制的三维Hopfield神经网络模型实现电路
CN113054947B (zh) 一种ReLU型忆阻模拟器
Herencsar et al. Realization of Resistorless Lossless Positive and Negative Grounded Inductor Simulators Using Single ZC-CCCITA.
CN105530083A (zh) 一种基于文氏桥振荡器的压控型忆阻混沌电路
Sprott et al. Elegant circuits: simple chaotic oscillators
Zhai et al. Simple double-scroll chaotic circuit based on meminductor
Xu et al. A feasible memristive Chua’s circuit via bridging a generalized memristor
Yeşil et al. New DXCCII-based grounded series inductance simulator topologies
Emara et al. Corrected and accurate Verilog-A for linear dopant drift model of memristors
CN214475008U (zh) 一种磁通控制型忆容器等效电路
Chua Homemade US $10 Chua corsage memristor: Use it to make the poor man’s biomimetic neurons
CN105227293A (zh) 一种基于文氏桥振荡器的仅含两个运放的无感混沌电路
CN117318623A (zh) 一种对偶规范蔡氏振荡器的电路
CN110046472B (zh) 基于电流传输器的二次非线性磁控忆阻模拟器
Setoudeh et al. A new design and implementation of the floating-type charge-controlled memcapacitor emulator
Arslan et al. Novel lossless grounded inductance simulators employing only a single first generation current conveyor
CN112039515B (zh) 一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器
Minayi et al. Realization of a 4-port generalized mutator and its application to memstor 1 simulations
CN110110460B (zh) 一种基于分数阶电感的二极管桥广义分数阶忆阻器
CN110289944B (zh) 一种基于二极管桥忆阻器的Sallen-Key HPF电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant