一种基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器

1.本发明属于电子、通讯与信息工程类技术，具体涉及一种基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器。


背景技术：

2.混沌信号作为一种宽带类随机信号，在流体搅拌、通信、雷达等领域有广泛应用。工程中信号幅值的放大既是信号调理的需要，也是电路参数的重要表征。混沌信号的幅度调节是信号调理电路的基本任务，可以减少多余的电路元件或附加系统，实现电路精简。
3.已经有相关专利给出混沌信号的幅度调控，专利[授权号cn105897397]提出一种可用时间常数实现幅度控制的混沌电路，该电路以三个支路的积分求和电路为框架，通过五个乘法器内部反馈电路和一个内部反馈项，输出三路混沌信号，通过第一维线性反馈支路上电阻或者电容的调节，实现系统输出的混沌信号的幅度调控；专利[授权号cn102957530 a]给出一种基于二次项非线性作用的新型混沌源电路以及相应的信号与极性控制方法，主要利用电位器对乘积信号反馈强度的局部调节以及同步调节，实现输出信号幅度的部分以及整体控制。由于忆阻器的发展，忆阻器自身的非线性对构建混沌振荡器提供了新的反馈手段，特殊的忆阻器型反馈同时也赋予了忆阻系统调幅的可能性。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器，以三个支路的积分电路以及一条忆阻等效电路为框架，通过四个乘法器内部反馈电路和一个内部非线性反馈项，输出四路混沌信号。通过第三维线性反馈支路上电阻的调节，实现系统输出的混沌信号的幅度调控。
[0005]
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0006]
一种基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器，包括第一支路、第二支路、第三支路和忆阻等效电路，其中，所述第一支路包括乘法器a2、电阻r1、电阻r2、电阻r12、电阻r13、电容c1、放大器u1和放大器u2，信号-x连接电阻r1后接入所述放大器u1的反向输入端，信号y和信号z分别接入所述乘法器a2的两个输入端，所述乘法器a2的输出端连接电阻r2后接入所述放大器u1的反向输入端，所述放大器u1的正向输入端接地，所述放大器u1的反向输入端连接电容c1后接入所述放大器u1的输出端，所述放大器u1的输出端输出信号x，所述放大器u1的输出端连接电阻r12后接入所述放大器u2的反向输入端，所述放大器u2的正向输入端接地，所述放大器u2的反向输入端连接电阻r13后接入所述放大器u2的输出端，所述放大器u2的输出端输出信号-x；
[0007]
所述第二支路包括乘法器a1、电阻r3、电阻r4、电容c2和放大器u3，信号-x和信号z分别接入所述乘法器a1的两个输入端，所述乘法器a1的输出端连接电阻r4后接入所述放大器u3的反向输入端，信号y经过电阻r3后接入所述放大器u3的反向输入端，所述放大器u3的正向输入端接地，所述放大器u3的反向输入端连接电容c2后接入所述放大器u3的输出端，
所述放大器u3的输出端输出信号y；
[0008]
所述第三支路包括乘法器a3、乘法器a4、电阻r5、调控电阻r6、电阻r14、电阻r15、电容c3、放大器u5和放大器u6，信号y和信号-x分别接入所述乘法器a4的两个输入端，所述乘法器a4的输出端连接调控电阻r6后接入所述放大器u5的反向输入端，信号z和信号w(u)分别接入所述乘法器a3的两个输入端，所述乘法器a3的输出端连接电阻r5后接入所述放大器u5的反向输入端，所述放大器u5的正向输入端接地，所述u5的反向输入端连接电容c3后接入所述放大器u5的输出端，所述放大器u5的输出端输出信号z，所述放大器u5的输出端连接电阻r14后接入所述放大器u6的反向输入端，所述放大器u6的正向输入端接地，所述放大器u6的反向输入端连接电阻r15后接入所述放大器u6的输出端，所述放大器u6的输出端输出信号-z；
[0009]
所述忆阻等效电路包括电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电容c4、二极管d1、二极管d2、放大器u7、放大器u8、放大器u9、放大器u10、放大器u11和电源v1，信号u连接电阻r8后接入所述放大器u7的反向输入端，信号-z连接电阻r7后接入所述放大器u7的反向输入端，所述放大器u7的正向输入端接地，所述放大器u7的反向输入端连接电容c4后接入所述放大器u7的输出端，所述放大器u7的输出端接入所述放大器u8的反向输入端，所述放大器u8的正向输入端接地，所述放大器u8的反向输入端连接电阻r17后接入所述二极管d1的阴极，所述二极管d1的阳极接入所述放大器u8的输出端，所述放大器u8的反向输入端连接电阻r16后接入所述二极管d2的阳极，所述二极管d2的阴极接入所述放大器u8的输出端，电阻r16和所述二极管d2的公共端连接电阻r18后接入所述放大器u10的反向输入端，电阻r17和所述二极管d1的公共端接入所述放大器u10的正向输入端，所述放大器u10的反向输入端连接电阻r19后接入所述放大器u10的输出端，所述放大器u10的输出端连接电阻r20后接入所述放大器u11的反向输入端，所述放大器u11的正向输入端接地，所述放大器u11的反向输入端连接电阻r21后接入所述放大器u11的输出端，所述放大器u11的输出端输出信号-|u|，所述放大器u11的输出端连接电阻r11后接入所述放大器u9的反向输入端，所述放大器u9的反向输入端连接电阻r10后接入所述电源v1的正极，所述电源v1的负极接地，所述放大器u9的正向输入端接地，所述放大器u9的反向输入端连接电阻r9后接入所述放大器u9的输出端，所述放大器u9的输出端输出信号w(u)。
[0010]
优选地，所述电容c1、电容c2、电容c3和电容c4的容值均为10nf。
[0011]
优选地，所述电阻r1、电阻r9、电阻r10、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r20和电阻r21的阻值均为10kω,电阻r2、电阻r4和电阻r6的阻值均为33kω，电阻r3的阻值为2.538kω，电阻r5的阻值为19.804kω，所述电阻r11、电阻r16、电阻r17、电阻r18和电阻r19的阻值均为100kω。
[0012]
采用上述技术方案带来的有益效果：
[0013]
通过三路积分求和运算电路和一路忆阻等效电路，采用乘法器运算电路、积分求和运算电路以及反相运算电路，输出幅度可调的混沌信号。通过第三个支路的变阻器r6调节电路输出混沌信号的幅度，增加了硬件电路的灵活性，降低了电路实现和调试的难度，为混沌信号应用于电子与信息工程提供了便利。
附图说明
[0014]
图1是基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器x(t)调幅波形图；
[0015]
图2是基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器y(t)调幅波形图；
[0016]
图3是基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器的电路原理图；
[0017]
图4是基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器的电路仿真图；其中，(a)是当调控电阻r6为3.3kω时的x(t)信号的波形图；(b)是当调控电阻r6为2kω时的x(t)信号的波形图；
[0018]
图5是基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器的电路仿真图；其中，(a)是当调控电阻r6为3.3kω时的y(t)信号的波形图；(b)是当调控电阻r6为2kω时的y(t)信号的波形图。
具体实施方式
[0019]
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0020]
基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器的动力学方程与电路结构设计：
[0021]
本发明的电路可以用如下的动力学系统方程来描述，
[0022][0023][0024]
方程(1)从形式上来看，包含两个一次线性反馈和三个二次非线性反馈和一个带有忆阻的一次非线性反馈,忆阻方程如公式(2)所示,这里f是局部幅度控参数。当a＝3.3,b＝13,c＝0.48,d＝1,e＝1,,ic＝(1 1 1 1)时.f取值不同时，系统输出幅度不同的混沌吸引子。图1是忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器x(t)的信号波形图；图2是忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡y(t)的信号波形图。
[0025]
这一系统可由三条支路构成的封闭反馈系统来实现，当采用三路积分求和运算回路来实现时，电路图如图3所示，其中c1＝c2＝c3＝10nf,r2＝r4＝r6＝33kω,r12＝r13＝r14＝r15＝10k,r1＝10kω,r3＝2.538kω,r5＝19.804kω.相应的忆阻元件的等效电路参数为:c4＝10nf,r7＝r8＝33kω,r11＝100kω，r9＝r10＝10kω,r16＝r17＝r18＝r19＝100kω,r20＝r21＝10kω。上述数学方程转化为更加具体的电路方程便是，
[0026][0027][0028]
电路方程与系统动力学方程相一致。这里，系统中各个反馈项的系数通过电阻和电容的联合设置来实现，而线性项系数f可以实现信号的幅度调控，它可以通过变阻器r6调整来实现，电路产生的混沌相轨的波形在示波器上的显示仿真图形如图4中的(a)、(b)和图5中的(a)、(b)所示。
[0029]
第一条支路包含电阻r1,电阻r2,电阻r
12
,电阻r
13
,电容c1，乘积运算单元a2，求和积分运算单元u1，反向比例运算单元u2。该包括三个输入端，其中一个输入端-x通过电阻r1与积分运算单元u1连接输出信号x；第一支路得另外两个输入信号y和z接乘积单元a2的输入端其输出端通过电阻r2连接积分运算单元u1，输出信号x又作为输入信号通过r
12
与反向运算单元u2连接输出信号-x；
[0030]
第二条支路包含电阻r3,电阻r4,乘积运算单元a1，求和积分运算单元u3。该支路包括三个输入端，其中两个输入端-x和z连接乘法器a1，乘法器a1得输出端通过电阻r4连接反向运算单元u3，第二条支路的另外一个输入端y通过电阻r3连接反向运算单元u3，然后输出信号y。
[0031]
第三条支路包含电阻r2、电阻r5、电阻r6、电阻r
14
、电阻r
15
以及电容c3，包括乘积运算单元a3、乘积运算单元a4、求和积分运算单元u5、反相比例运算单元u6。
[0032]
该支路包括四个输入端，其中输入信号y和-x与乘法器a4连接，输出端通过电阻r6连接积分运算单元u5，另外两个输入信号z和wu其与乘法器a3连接,输出端电阻r5连接积分运算单元u5。积分运算单元u5的输出端输出信号z通过电阻r
14
连接反向运算单元u6，然后输出端输出信号-z。
[0033]
最后，等效忆阻器模拟电路包含电阻r7,电阻r8,电阻r9,电阻r
10
,电阻r
11
,电阻r
16
,电阻r
17
,电阻r
18
,电阻r
19
,电阻r
20
,电阻r
21
,电容c4，二极管d1,二极管d3，运放u7,运放u8,运放u9,运放u
10
,运放u
11
。忆阻器w(u)的等效电路有两个输入端，其中输入信号u通过电阻r8连接积分运算单元u7，另外一个输入信号-z通过电阻r7连接积分运算单元u7，积分运算单元u7与包含电阻r
16
,电阻r
18
,电阻r
19
,电阻r
20
,电阻r
21
,运放u8、运放u
10
,运放u
11
,二极管d1、二极管d3组成的绝对值电路连接，绝对值电路的输出端为-|u|,-|u|作为输入信号连接反向运算单元u9，然后输出端输出信号w(u)。
[0034]
局部调幅的实现：
[0035]
所述的基于忆阻型反馈的局部可调幅混沌振荡器，其特征是输出的混沌信号，其幅度的变化可以通过第三条支路的变阻器r6的调节来实现。由方程(1)可知，当引入系数f时，输出的四维混沌信号x和z的幅度也随之一起变化，因此可以设置变量x
→
hx,y
→
hy,z
→
z,u
→
u,t
→
t(h》0)，它只在三维空间留下一个额外的系数:
[0036][0037]
可见，参数f的变化(f
→
fh2)可控制信号x和y的幅度，并且能够保持z和u的幅度不发生变化。
[0038]
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。