CN206575426U - 一种三维自治混沌纠缠电路 - Google Patents
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Abstract
一种三维自治混沌纠缠电路，包括三个通道电路，第一通道电路的输出信号反馈到第一通道电路的输入端，作为一路输入信号，同时该信号该还作为第二通道电路中的一路输入信号，该信号的前一级信号作为第二通道电路中的三角函数函数转换器S2的输入信号；第二通道电路的输出信号反馈到第二通道电路的输入端，作为一路输入信号，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路的输入信号，且作为第三通道电路中三角函数函数转换器S3的输入信号；第三通道电路的输出信号反馈到第三通道电路的输入端，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路中的三角函数转换器S1的输入信号，本实用新型电路性能可靠稳定，电路结构简单及易实现。
Description
技术领域
本实用新型属于非线性或混沌信号发生器技术领域，具体涉及一种三维自治混沌纠缠电路。
背景技术
1963年，美国著名气象学家Lorenz在研究大气对流模型中发现了混沌吸引子——Lornez系统。1999年，香港城市大学陈关荣教授等在研究混沌反控制时提出了Chen系统；2002年吕金虎等又提出了 Lü系统，该系统连接了Lorenz系统与Chen系统；2004年，刘崇新教授等提出了一类含有平方项的三维连续自治混沌系统即Liu系统以及扩展Liu系统等。那么是否有一种系统连接了混沌系统与线性系统呢？
两个或两个以上线性系统通过某些非线性函数纠缠(缠结)，获得最新系统具有混沌特性，该系统即混沌纠缠系统，其中非线性函数即纠缠函数。张红涛等人首先对混沌纠缠系统概念进行了定义，也提出了部分混沌纠缠系统，但都未对提出的系统进行电路设计。从一定意义上说，混沌纠缠电路的提出与设计为混沌保密加密等具有重要的意义，同时也加强了学生对非线性系统电路设计的直观性。
现有技术存在混沌纠缠电路难以实现的缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种三维自治混沌纠缠电路，其系统输出的信号具有很强的混沌特性。
为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种三维自治混沌纠缠电路，包括第一通道电路、第二通道电路与第三通道电路，第一通道电路的输出信号反馈到第一通道电路的输入端，作为一路输入信号，同时该信号该还作为第二通道电路中的一路输入信号，该信号的前一级信号作为第二通道电路中的三角函数函数转换器S2的输入信号；第二通道电路的输出信号反馈到第二通道电路的输入端，作为一路输入信号，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路的输入信号，且作为第三通道电路中三角函数函数转换器S3的输入信号；第三通道电路的输出信号反馈到第三通道电路的输入端，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路中的三角函数转换器S1的输入信号；
所述的第一通道电路包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻 R11、电阻R12、电阻R13以及电阻R14，电阻R11的另一端连接第一通道的输出信号，电阻R12的另一端连接第二通道输出的前一级输出信号，电阻R13的另一端连接三角函数转换器S1的输出端，电阻R14的另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15连接反相积分器U3的2引脚；反相积分器U3的2引脚和电容C1一端连接，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16连接到反相器U2的2引脚；反相器U2的2引脚连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3 引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地；反相器U1 的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接负电压VDD，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接正电压VCC，第一通道电路中的反相器U2的输出端是信号-x，第一通道电路中的反相积分器U3的输出端是信号x；
所述的第二通道电路包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23以及电阻R24，电阻R21的另一端连接第一通道的输出信号，电阻R22的另一端连接第二通道输出的输出信号，电阻R13的另一端连接三角函数转换器S2的输出端，电阻R24 的另一端连接反相器U4的6引脚,反相器U4的6引脚通过电阻R25 连接反相积分器U6的2引脚；反相积分器U6的2引脚连接电容C2 一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚，反相积分器 U6的6引脚通过电阻R26连接反相器U5的2引脚；反相器U5的2 引脚连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端连接反相器U5的6引脚；反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3 引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器 U6的4引脚接负电压VDD，反相器U4的7引脚、反相器U5的7 引脚与反相积分器U6的7引脚接正电压VCC，第二通道电路中的反相器U5的输出端信号是-y，第二通道电路中的反相积分器U6的输出端是信号y；
所述的第三通道电路包括反相器U7，反相器U7的2引脚接电阻R31、电阻R32以及电阻R33，电阻R31的另一端另一端连接三角函数转换器S3的输出端，电阻R32的另一端第三通道的输出信号，电阻R33的另一端连接反相器U7的6引脚,反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U9的2引脚；反相积分器U9的2引脚连接电容C3一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚，反相积分器U9的6引脚通过电阻R35连接反相器U8的2引脚；反相器U8的2引脚连接电阻R36的一端，电阻R36的另一端连接反相器U8的6引脚；反相器U7的3引脚、反相器U8的3引脚与反相积分器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相器U8的4引脚与反相积分器U9的4引脚接负电压VDD，反相器U7的7引脚、反相器U8的7引脚与反相积分器U9的7引脚接正电压VCC，第三通道电路中的反相器U8的输出端信号是-z，第三通道电路中反相积分器 U9的输出端是信号z。
所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8与反相积分器U9 均采用运放器LM741。
所述的三角函数转换器S1、三角函数转换器S2以及三角函数转换器S3均采用芯片AD639。
本实用新型的有益效果为：
在示波器X-Y模式便可观察出x-y，x-z，y-z相图，电路性能可靠稳定，电路结构简单及易实现，适用于大学电路以及自动控制原理实验教学等，在保密通信以及机电耦合系统等领域中有着重要的工程价值。
附图说明
图1是本实用新型的电路图。
图2是图1的x输出波形图。
图3是图1的y输出波形图。
图4是图1的z输出波形图。
图5是图1的x-y输出相图。
图6是图1的x-z输出相图。
图7是图1的y-z输出相图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做详细描述。
参照图1，一种三维自治混沌纠缠电路，包括第一通道电路、第二通道电路与第三通道电路，第一通道电路的输出信号反馈到第一通道电路的输入端，作为一路输入信号，同时该信号该还作为第二通道电路中的一路输入信号，该信号的前一级信号作为第二通道电路中的三角函数函数转换器S2的输入信号；第二通道电路的输出信号反馈到第二通道电路的输入端，作为一路输入信号，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路的输入信号，且作为第三通道电路中三角函数函数转换器S3的输入信号；第三通道电路的输出信号反馈到第三通道电路的输入端，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路中的三角函数转换器S1的输入信号；
所述的第一通道电路包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻 R11、电阻R12、电阻R13以及电阻R14，电阻R11的另一端连接第一通道的输出信号，电阻R12的另一端连接第二通道输出的前一级输出信号，电阻R13的另一端连接三角函数转换器S1的输出端，电阻R14的另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15连接反相积分器U3的2引脚；反相积分器U3的2引脚和电容C1一端连接，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16连接到反相器U2的2引脚；反相器U2的2引脚连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3 引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地；反相器U1 的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接负电压VDD，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接正电压VCC，第一通道电路中的反相器U2的输出端是信号-x，第一通道电路中的反相积分器U3的输出端是信号x；
所述的第二通道电路包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23以及电阻R24，电阻R21的另一端连接第一通道的输出信号，电阻R22的另一端连接第二通道输出的输出信号，电阻R13的另一端连接三角函数转换器S2的输出端，电阻R24 的另一端连接反相器U4的6引脚,反相器U4的6引脚通过电阻R25 连接反相积分器U6的2引脚；反相积分器U6的2引脚连接电容C2 一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚，反相积分器 U6的6引脚通过电阻R26连接反相器U5的2引脚；反相器U5的2 引脚连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端连接反相器U5的6引脚；反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3 引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接负电压VDD，反相器U4的7引脚、反相器U5的7 引脚与反相积分器U6的7引脚接正电压VCC，第二通道电路中的反相器U5的输出端信号是-y，第二通道电路中的反相积分器U6的输出端是信号y；
所述的第三通道电路包括反相器U7，反相器U7的2引脚接电阻R31、电阻R32以及电阻R33，电阻R31的另一端另一端连接三角函数转换器S3的输出端，电阻R32的另一端第三通道的输出信号，电阻R33的另一端连接反相器U7的6引脚,反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U9的2引脚；反相积分器U9的2引脚连接电容C3一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚，反相积分器U9的6引脚通过电阻R35连接反相器U8的2引脚；反相器U8的2引脚连接电阻R36的一端，电阻R36的另一端连接反相器U8的6引脚；反相器U7的3引脚、反相器U8的3引脚与反相积分器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相器U8的4引脚与反相积分器U9的4引脚接负电压VDD，反相器U7的7引脚、反相器U8的7引脚与反相积分器U9的7引脚接正电压VCC，第三通道电路中的反相器U8的输出端信号是-z，第三通道电路中反相积分器 U9的输出端是信号z。
所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8与反相积分器U9 均采用运放器LM741。
所述的三角函数转换器S1、三角函数转换器S2以及三角函数转换器S3均采用芯片AD639。
图1中，第一通道电路中电阻R11＝50kΩ,R12＝10kΩ， R13＝66KΩ,R14＝R16＝R17＝10KΩ，电容C1＝10nF；第二通道电路中电阻R21＝10KΩ，R22＝83.33KΩ，R23＝66KΩ,R24＝R25＝10KΩ， R27＝R26＝10KΩ,电容C2＝100F；第三通道电路中电阻 R31＝50KΩ,R32＝66KΩ,R33＝R34＝＝R35＝R36＝10KΩ,电容C3＝10nF， VCC＝15，VDD＝-15V。
本实用新型的工作原理为：
该电路的混沌特性非常复杂，将其输出信号作为载波信号与目标信号通过相关算法调制，定可达到保密通信、抗破解、图像加密等目的。所涉及的无量纲数学模型如下：
式(1)中，x,y,z为状态变量，a,b,c,d,h为方程的参数，选取 a＝2,b＝10,c＝1.2,d＝2,h＝15时，系统(1)即混沌纠缠系统，此时本实用新型的振荡电路的方程为：
本实用新型所涉及的电路包括第一、第二、第三通道电路，第一、第二、第三通道电路分时实现了式(2)中的第一、第二、第三函数，三角函数转换器使用AD639时，电路的输出波形图见图2、图3、图 4，电路输出的相图见图5、图6、图7，图上反映出了含有混沌纠缠电路的混沌特性，所得出的混沌吸引子有很好的遍历性且丰富了混沌的类型，为混沌应用于图像加密、机电控制系统提供新的思路。
Claims (3)
1.一种三维自治混沌纠缠电路，包括第一通道电路、第二通道电路与第三通道电路，其特征在于：第一通道电路的输出信号反馈到第一通道电路的输入端，作为一路输入信号，同时该信号还作为第二通道电路中的一路输入信号，该信号的前一级信号作为第二通道电路中的三角函数函数转换器S2的输入信号；第二通道电路的输出信号反馈到第二通道电路的输入端，作为一路输入信号，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路的输入信号，且作为第三通道电路中三角函数函数转换器S3的输入信号；第三通道电路的输出信号反馈到第三通道电路的输入端，该路输出信号的前一级输出信号作为第一通道电路中的三角函数转换器S1的输入信号；
所述的第一通道电路包括反相器U1，反相器U1的2引脚接电阻R11、电阻R12、电阻R13以及电阻R14，电阻R11的另一端连接第一通道的输出信号，电阻R12的另一端连接第二通道输出的前一级输出信号，电阻R13的另一端连接三角函数转换器S1的输出端，电阻R14的另一端连接反相器U1的6引脚,反相器U1的6引脚通过电阻R15连接反相积分器U3的2引脚；反相积分器U3的2引脚和电容C1一端连接，电容C1的另一端连接反相积分器U3的6引脚，反相积分器U3的6引脚通过电阻R16连接到反相器U2的2引脚；反相器U2的2引脚连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接反相器U2的6引脚；反相器U1的3引脚、反相器的U2的3引脚与反相积分器U3的3引脚接地；反相器U1的4引脚、反相器U2的4引脚与反相积分器U3的4引脚接负电压VDD，反相器U1的7引脚、反相器U2的7引脚与反相积分器U3的7引脚接正电压VCC，第一通道电路中的反相器U2的输出端是信号-x，第一通道电路中的反相积分器U3的输出端是信号x；
所述的第二通道电路包括反相器U4，反相器U4的2引脚接电阻R21、电阻R22、电阻R23以及电阻R24，电阻R21的另一端连接第一通道的输出信号，电阻R22的另一端连接第二通道输出的输出信号，电阻R13的另一端连接三角函数转换器S2的输出端，电阻R24的另一端连接反相器U4的6引脚,反相器U4的6引脚通过电阻R25连接反相积分器U6的2引脚；反相积分器U6的2引脚连接电容C2一端，电容C2的另一端连接反相积分器U6的6引脚，反相积分器U6的6引脚通过电阻R26连接反相器U5的2引脚；反相器U5的2引脚连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端连接反相器U5的6引脚；反相器U4的3引脚、反相器U5的3引脚与反相积分器U6的3引脚接地；反相器U4的4引脚、反相器U5的4引脚与反相积分器U6的4引脚接负电压VDD，反相器U4的7引脚、反相器U5的7引脚与反相积分器U6的7引脚接正电压VCC，第二通道电路中的反相器U5的输出端信号是-y，第二通道电路中的反相积分器U6的输出端是信号y；
所述的第三通道电路包括反相器U7，反相器U7的2引脚接电阻R31、电阻R32以及电阻R33，电阻R31的另一端另一端连接三角函数转换器S3的输出端，电阻R32的另一端第三通道的输出信号，电阻R33的另一端连接反相器U7的6引脚,反相器U7的6引脚通过电阻R34连接反相积分器U9的2引脚；反相积分器U9的2引脚连接电容C3一端，电容C3的另一端连接反相积分器U9的6引脚，反相积分器U9的6引脚通过电阻R35连接反相器U8的2引脚；反相器U8的2引脚连接电阻R36的一端，电阻R36的另一端连接反相器U8的6引脚；反相器U7的3引脚、反相器U8的3引脚与反相积分器U9的3引脚接地；反相器U7的4引脚、反相器U8的4引脚与反相积分器U9的4引脚接负电压VDD，反相器U7的7引脚、反相器U8的7引脚与反相积分器U9的7引脚接正电压VCC，第三通道电路中的反相器U8的输出端信号是-z，第三通道电路中反相积分器U9的输出端是信号z。
2.根据权利要求1所述的一种三维自治混沌纠缠电路，其特征在于：所述的反相器U1、反相器U2、反相积分器U3、反相器U4、反相器U5、反相积分器U6、反相器U7、反相器U8与反相积分器U9均采用运放器LM741。
3.根据权利要求1所述的一种三维自治混沌纠缠电路，其特征在于：所述的三角函数转换器S1、三角函数转换器S2以及三角函数转换器S3均采用芯片AD639。
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