CN207782823U - 一种可切换多翼混沌电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可切换多翼混沌电路，包括第一至第四通道电路，第一通道电路包括第一乘法器、第一反相器、第二反相积分器、4个电阻和第一电容；第二通道电路包括3个乘法器、第三反相器、第四反相积分器、5个电阻和第二电容；第三通道电路包括第八乘法器、第五反相器、第六反相积分器、第一开关、5个电阻以及第三电容；第四通道电路包括3个乘法器、第七反相积分器、3个开关、2个电阻和第四电容。此种电路通过增加开关，结构简单，调节方便，仅通过开关的切换就可得到三组不同的混沌吸引子，可为混沌保密通信、混沌雷达等工程领域的应用提供一种有效的混沌信号源，使得其硬件电路的实现具有一定的理论物理意义和工程应用价值。

Description

一种可切换多翼混沌电路

技术领域

本实用新型属于混沌信号发生器的技术领域，特别涉及一种可切换多翼混沌电路。

背景技术

混沌由于存在内在的随机性，对初值的敏感性及无规则等特性，在保密通信和图像加密等信息安全领域有广泛的应用。目前已有的混沌研究中，产生两翼混沌吸引子的系统与产生四翼混沌吸引子的系统都已存在，但对于两种情况相切换的系统还未报道过。

如何获取更多的混沌类型已经成为一个热门的课题，利用非线性项获得四维四翼的混沌系统，同时可以通过对非线性项项数或次数的调整来获得四维二翼的混沌系统，弥补了一种系统只可产生一种特定混沌类型的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种可切换多翼混沌电路，其结构简单，调节方便，仅通过开关的切换就可得到三组不同的混沌吸引子，可为混沌保密通信、混沌雷达等工程领域的应用提供一种有效的混沌信号源，使得其硬件电路的实现具有一定的理论物理意义和工程应用价值。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种可切换多翼混沌电路，包括第一至第四通道电路，分别输出X信号、Y信号、Z信号和W信号；

第一通道电路包括第一乘法器(A1)、第一反相器(U1A)、第二反相积分器(U2A)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第一电容(C1)；第一乘法器的两路输入端分别连接Y信号和Z信号，输出端经第一电阻连接第一反相器的反相输入端，第一反相器的同相输入端接地；第二电阻的两端分别连接第一反相器的反相输入端和输出端；第一反相器的输出端经第四电阻连接第二反相积分器的反相输入端，第二反相积分器的同相输入端接地，第三电阻与第一电容并联后，一端连接第二反相积分器的反相输入端，另一端连接第二反相积分器的输出端，第二反相积分器的输出端输出X信号；

第二通道电路包括第二乘法器(A2)、第三乘法器(A3)、第四乘法器(A4)、第三反相器(U3A)、第四反相积分器(U4A)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)和第二电容(C2)；第五电阻的一端连接Y信号，另一端连接第三反相器的反相输入端，第三反相器的同相输入端接地，第六电阻的两端分别连接第三反相器的反相输入端和输出端；第三反相器的输出端经第七电阻连接第四反相积分器的反相输入端；第二乘法器的两路输入端分别连接X信号和Z信号，输出端经第八电阻连接第四反相积分器的反相输入端；第三乘法器的两路输入端分别连接X信号和Y信号，输出端连接第四乘法器的一路输入端，第四乘法器的另一路输入端连接X信号，第四乘法器的输出端经第九电阻连接第四反相积分器的反相输入端；第二电容的两端分别连接第四反相积分器的反相输入端和输出端；第四反相积分器的同相输入端接地，第四反相积分器的输出端输出Y信号；

第三通道电路包括第八乘法器、第五反相器(U5A)、第六反相积分器(U6A)、第一开关(J1)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)以及第三电容(C3)；第八乘法器的两路输入端分别连接X信号和Y信号，输出端经第十电阻连接第五反相器的反相输入端，第五反相器的同相输入端接地，第十一电阻的两端分别连接第五反相器的反相输入端和输出端；第五反相器的输出端经第十二电阻连接第六反相积分器的反相输入端，第六反相积分器的同相输入端接地；第一开关的一端连接W信号，另一端经第十四电阻连接第六反相积分器的反相输入端；第三电容与第十三电阻并联后，一端连接第六反相积分器的反相输入端，另一端连接第六反相积分器的输出端，第六反相积分器的输出端输出Z信号；

第四通道电路包括第五乘法器(A5)、第六乘法器(A6)、第七乘法器(A7)、第七反相积分器(U7A)、第二开关(J2)、第三开关(J3)、第四开关(J4)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)和第四电容(C4)；第五乘法器的两路输入端分别连接Y信号和X信号，输出端连接第七乘法器的一路输入端；第六乘法器的一路输入端连接Z信号，另一路输入端经第二开关连接X信号，第六乘法器的输出端经第三开关连接第七乘法器的另一路输入端，第七乘法器的该另一路输入端还经第四开关连接Z信号；第七乘法器的输出端经第十五电阻连接第七反相积分器的反相输入端，第七反相积分器的同相输入端接地；第四电容与第十六电阻并联后，一端连接第七反相积分器的反相输入端，另一端连接第七反相积分器的输出端，第七反相积分器的输出端输出W信号。

上述第三乘法器和第八乘法器共用一个乘法器。

上述各反相器和反相积分器中采用的放大器型号均为TL082CP，连接的电源中，VCC均为15V，VEE均为-15V。

上述各乘法器均采用AD633。

上述第一通道电路中的参数为：第一电阻的阻值为10KΩ，第二电阻的阻值为5KΩ，第三电阻的阻值为40KΩ，第四电阻的阻值为10KΩ，第一电容的容值为10nF。

上述第二通道电路中的参数为：第五电阻的阻值为100KΩ，第六电阻的阻值为7KΩ，第七电阻的阻值为10KΩ，第八电阻的阻值为20KΩ，第九电阻的阻值为400Ω，第二电容的容值为10nF。

上述第三通道电路中的参数为：第十电阻的阻值为100KΩ，第十一电阻的阻值为25KΩ，第十二电阻的阻值为10KΩ，第十三电阻的阻值为76.923KΩ，第十四电阻的阻值为1MΩ，第三电容的容值为10nF。

上述第四通道电路中的参数为：第十五电阻的阻值为20KΩ，第十六电阻的阻值为400KΩ，第四电容的容值为10nF。

采用上述方案后，本实用新型具有以下有益效果：

(1)电路结构较为简单，易于硬件实现；

(2)调节方便，通过控制开关的开通与关断，即可实现非线性项项数或次数的减少，从而出现两组不同的二翼混沌吸引子和一组四翼混沌吸引子，满足同一个系统提供多种混沌类型的要求；

(3)为混沌保密通信等工程领域的应用提供了一种新的混沌信号源，具有一定的理论物理意义和工程应用价值，同时为非线性动力学系统的工程应用提供了一定的自由度。

附图说明

图1是本实用新型的电路图；

图2是本实用新型系统参数a＝1,b＝2时的x-y相图；

图3是本实用新型系统参数a＝1,b＝2时的x-z相图；

图4是本实用新型系统参数a＝1,b＝2时的x-w相图；

图5是本实用新型系统参数a＝0,b＝2时的x-y相图；

图6是本实用新型系统参数a＝0,b＝2时的x-z相图；

图7是本实用新型系统参数a＝0,b＝2时的x-w相图；

图8是本实用新型系统参数a＝1,b＝1时的x-w相图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。

本实用新型提供一种可切换多翼混沌电路，是在对四维四翼混沌系统进行深入研究的基础上提出的一个新混沌系统，新系统共有10个项，其中有一个四次项，一个三次项，参数改变时即可使非线性项次数减少或非线性项数减少，本实用新型所涉及的数学模型如下：

其中，x,y,z为状态变量，a,b为微分方程的参数。当选取系统参数a＝1，b＝2时，系统存在四翼混沌运动特性；当选取系统参数a＝0，b＝2时，系统存在二翼混沌运动特性；当选取系统参数a＝1，b＝1时，系统存在与之前不同的二翼混沌运动特性。

本实用新型所涉及的仿真电路由第一、第二、第三和第四通道电路组成，第一、第二、第三、第四通道电路分别实现上述数学模型中第一、第二、第三、第四函数。

电路图如图1所示：本实用新型一种可切换多翼混沌电路，所述第一通道电路中反相积分器U2A输出端为X信号；所述第二通道电路中反相积分器U4A输出端为Y信号；所述第三通道电路中反相积分器U6A输出端为Z信号；所述第四通道电路中反相积分器U7A输出端为W信号。电路中，电阻电容均为标准元件，放大器的型号均为TL082CP，模拟乘法器使用AD633；VCC均为15V，VEE均为-15V。

第一通道电路由乘法器A1、反相器U1A、反相积分器U2A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电容C1组成；第二通道电路由乘法器A2、乘法器A3、乘法器A4、反相器U3A、反相积分器U4A、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及电容C2组成；第三通道电路由乘法器A3、反相器U5A、反相积分器U6A、开关J1、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14以及电容C3组成；第四通道电路由乘法器A5、乘法器A6、乘法器A7、反相积分器U7A、开关J2、开关J3、开关J4、电阻R15、电阻R16以及电容C4组成。

第一通道电路的输出信号作为第二通道电路中乘法器A2、乘法器A3及乘法器A4的一路输入信号作用于第二通道电路，该输出信号还作为第三通道电路中乘法器A3的一路输入信号作用于第三通道电路，同时该输出信号作为第四通道电路中乘法器A5的一路输入信号且通过开关J2作为乘法器A6的一路输入作用于第四通道电路；第二通道电路的输出信号作为第一通道电路中乘法器A1的一路输入信号作用于第一通道电路，在第二通道电路中该输出信号反馈到输入端后通过电阻R5作用于第二通道电路，该输入信号还作为乘法器A3的一路输入信号同时作用于第二通道电路和第三通道电路，该输入信号还作为第四通道电路中乘法器A5的一路输入信号作用于第四通道电路；第三通道电路的输出信号作为第一通道电路中乘法器A1的一路输入信号作用于第一通道电路，同时作为第二通道电路中乘法器A2的一路输入信号作用于第二通道电路，该输入信号还作为第四通道电路中乘法器A6的一路输入信号作用于第四通道电路；第四通道电路的输出信号通过开关J1和电阻R14作用于第三通道电路。

所述第一通道电路中的电阻R1＝10KΩ、电阻R2＝5KΩ、电阻R3＝40KΩ、电阻R4＝10KΩ、电容C1＝10nF；所述第二通道电路中的电阻R5＝100KΩ、电阻R6＝7KΩ、电阻R7＝10KΩ、电阻R8＝20KΩ、电阻R9＝400Ω、电容C2＝10nF；所述第三通道电路中的电阻R10＝100KΩ、电阻R11＝25KΩ、电阻R12＝10KΩ、电阻R13＝76.923KΩ、电阻R14＝1MΩ、电容C3＝10nF；所述第四通道电路中的电阻R15＝20KΩ、电阻R16＝400KΩ、电容C4＝10nF。

通过改变数学模型中的参数，即在仿真电路中通过开关切换，可以得到两组不同的二翼混沌吸引子和一组四翼混沌吸引子。当a＝1,b＝2时，即在仿真电路中开关J1、开关J2、开关J3闭合，开关J4打开时，会出现四翼混沌吸引子；图2、图3、图4分别为本实用新型产生四翼混沌吸引子时的x-y相图、x-z相图、x-w相图。当a＝0,b＝2时，即在仿真电路中开关J1、开关J4均打开，开关J2、开关J3均闭合时，会出现一组二翼混沌吸引子；图5、图6、图7分别为本实用新型产生一组二翼混沌吸引子时的x-y相图、x-z相图、x-w相图。当a＝1,b＝1时，即在仿真电路中开关J1闭合，开关J2、开关J3均打开，开关J4闭合时，会出现另一组二翼混沌吸引子；图8为本实用新型产生另一组二翼混沌吸引子时的x-w相图。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：包括第一至第四通道电路，分别输出X信号、Y信号、Z信号和W信号；

第一通道电路包括第一乘法器、第一反相器、第二反相积分器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容；第一乘法器的两路输入端分别连接Y信号和Z信号，输出端经第一电阻连接第一反相器的反相输入端，第一反相器的同相输入端接地；第二电阻的两端分别连接第一反相器的反相输入端和输出端；第一反相器的输出端经第四电阻连接第二反相积分器的反相输入端，第二反相积分器的同相输入端接地，第三电阻与第一电容并联后，一端连接第二反相积分器的反相输入端，另一端连接第二反相积分器的输出端，第二反相积分器的输出端输出X信号；

第二通道电路包括第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、第三反相器、第四反相积分器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二电容；第五电阻的一端连接Y信号，另一端连接第三反相器的反相输入端，第三反相器的同相输入端接地，第六电阻的两端分别连接第三反相器的反相输入端和输出端；第三反相器的输出端经第七电阻连接第四反相积分器的反相输入端；第二乘法器的两路输入端分别连接X信号和Z信号，输出端经第八电阻连接第四反相积分器的反相输入端；第三乘法器的两路输入端分别连接X信号和Y信号，输出端连接第四乘法器的一路输入端，第四乘法器的另一路输入端连接X信号，第四乘法器的输出端经第九电阻连接第四反相积分器的反相输入端；第二电容的两端分别连接第四反相积分器的反相输入端和输出端；第四反相积分器的同相输入端接地，第四反相积分器的输出端输出Y信号；

第三通道电路包括第八乘法器、第五反相器、第六反相积分器、第一开关、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻以及第三电容；第八乘法器的两路输入端分别连接X信号和Y信号，输出端经第十电阻连接第五反相器的反相输入端，第五反相器的同相输入端接地，第十一电阻的两端分别连接第五反相器的反相输入端和输出端；第五反相器的输出端经第十二电阻连接第六反相积分器的反相输入端，第六反相积分器的同相输入端接地；第一开关的一端连接W信号，另一端经第十四电阻连接第六反相积分器的反相输入端；第三电容与第十三电阻并联后，一端连接第六反相积分器的反相输入端，另一端连接第六反相积分器的输出端，第六反相积分器的输出端输出Z信号；

第四通道电路包括第五乘法器、第六乘法器、第七乘法器、第七反相积分器、第二开关、第三开关、第四开关、第十五电阻、第十六电阻和第四电容；第五乘法器的两路输入端分别连接Y信号和X信号，输出端连接第七乘法器的一路输入端；第六乘法器的一路输入端连接Z信号，另一路输入端经第二开关连接X信号，第六乘法器的输出端经第三开关连接第七乘法器的另一路输入端，第七乘法器的该另一路输入端还经第四开关连接Z信号；第七乘法器的输出端经第十五电阻连接第七反相积分器的反相输入端，第七反相积分器的同相输入端接地；第四电容与第十六电阻并联后，一端连接第七反相积分器的反相输入端，另一端连接第七反相积分器的输出端，第七反相积分器的输出端输出W信号。

2.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述第三乘法器和第八乘法器共用一个乘法器。

3.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述各反相器和反相积分器中采用的放大器型号均为TL082CP，连接的电源中，VCC均为15V，VEE均为-15V。

4.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述各乘法器均采用AD633。

5.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述第一通道电路中的参数为：第一电阻的阻值为10KΩ，第二电阻的阻值为5KΩ，第三电阻的阻值为40KΩ，第四电阻的阻值为10KΩ，第一电容的容值为10nF。

6.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述第二通道电路中的参数为：第五电阻的阻值为100KΩ，第六电阻的阻值为7KΩ，第七电阻的阻值为10KΩ，第八电阻的阻值为20KΩ，第九电阻的阻值为400Ω，第二电容的容值为10nF。

7.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述第三通道电路中的参数为：第十电阻的阻值为100KΩ，第十一电阻的阻值为25KΩ，第十二电阻的阻值为10KΩ，第十三电阻的阻值为76.923KΩ，第十四电阻的阻值为1MΩ，第三电容的容值为10nF。

8.如权利要求1所述的一种可切换多翼混沌电路，其特征在于：所述第四通道电路中的参数为：第十五电阻的阻值为20KΩ，第十六电阻的阻值为400KΩ，第四电容的容值为10nF。