一种含正阈值忆阻器的混沌电路

1.本实用新型涉及混沌电路领域，尤其是一种含正阈值忆阻器的混沌电路。


背景技术：

2.混沌是一种复杂的非线性动力学行为，它具有内在随机性、初值敏感性、不可预测性等特性，可广泛应用于保密通信和混沌雷达等工程领域。混沌电路是产生混沌振荡信号的有效工具，蔡少棠教授于1971年首次提出忆阻器概念后，又于1983年目睹了实现洛伦兹方程混沌现象的模拟电路实验，其后发明了经典的混沌电路——蔡氏电路，此后众多基于蔡氏电路的改进型电路被广泛公开。
3.目前，基于忆阻器的混沌电路构建已成为热点，包括基于二次型忆阻器的混沌电路，基于三次型忆阻器的混沌电路，基于绝对值型忆阻器的混沌电路等，电路中所含忆阻器的忆导函数大多为无界的。然而，对含阈值忆导函数尤其是正阈值忆导函数的忆阻器的混沌电路报道较少。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种含正阈值忆阻器的混沌电路，采用正阈值忆阻器作为构建电路的非线性元件之一，能够输出稳定的单、双涡旋混沌信号，本实用新型可用于混沌保密通信、混沌雷达等工程领域，提供一种有效的混沌信号源。
5.技术方案：本实用新型提供的一种含正阈值忆阻器的混沌电路，包含电感l、电容c1、电容c2、可调节电阻r、负电阻nr、正阈值忆阻器m；
6.电容c1一端连接可调节电阻r的一端，可调节电阻r的另一端连接电容c2的一端，电容c2的另一端与电容c1的另一端连接，电容c1的另一端同时接地，电容c1、电容c2、可调节电阻r形成闭合回路；电容c2的两端并联有电感l，电容c1的两端并联有负电阻nr，负电阻nr的两端并联有正阈值忆阻器m。
7.进一步的，负电阻中nr还包含运算放大器u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3；电阻r1的一端与运算放大器u1的同相输入端相连，电阻r1的另一端与运算放大器u1的输出端相连，电阻r3的一端与运算放大器u1的反相输入端相连，电阻r3同时通过电阻r2与运算放大器u1的输出端相连。
8.进一步的，正阈值忆阻器m将流经的电信号进行积分计算，同时进行转换，将转换后电信号模拟计算后输出；
9.包含运算放大器u2、运算放大器u3、运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6、运算放大器u7、电容c3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r
10
、电阻r
11
、电阻r
12
、电阻r
13
、电阻r
14
、电阻r
15
、电阻r
16
、电阻r
17
、电阻r
18
、三极管q1、三极管q2、直流电压源e1、直流电压源e2、直流电流源i0、模拟乘法器a；
10.运算放大器u2的反相输入端与输出端相连，运算放大器u2的同相输入端接地，电阻r4的一端连接运算放大器u2的输出端，电阻r4的另一端连接运算放大器u3的反相输入端，运
算放大器u3的反相输入端与输出端并联电阻r5，运算放大器u3的同相输入端接地，电阻r6的一端连接运算放大器u3的输出端，电阻r6的另一端连接运算放大器u4的反相输入端，运算放大器u4的反相输入端与输出端并联电容c3，运算放大器u4的同向输入端接地；电阻r7一端连接运算放大器u4的输出端，电阻r7另一端连接运算放大器u5的反相输入端，运算放大器u5的反相输入端与输出端并联电阻r8，运算放大器u5的同相输入端接地，运算放大器u5的输出端与三极管q1的基极相连，三极管q1的集电极与电阻r9的一端相连，电阻r9的另一端接入直流电压源e1的正极，直流电压源e1的正极与电阻r
10
的一端相连，直流电压源e1的负极接地，电阻r
10
的另一端与三极管q2的集电极相连，三极管q2的发射极与三极管q1的发射极的共输出端与直流电流源i0的正极相连，直流电流源i0的负极接地，三极管q1的集电极同时与电阻r
11
的左端相连，连接运算放大器u6的反相输入端，运算放大器u6的反相输入端和输出端并联电阻r
14
，三极管q2的基极与电阻r
13
一端相连，三极管q2的基极接地，r
13
的另一端连接u6的正相输入端，u6的正相输入端同时连接电阻r
12
的一端，r
12
的另一端连接三极管q2的集电极，电阻r
15
的一端连接运算放大器u6的输出端，电阻r
15
的另一端连接运算放大器u7的反相输入端，电阻r
16
的一端连接直流电压源e2的负极，直流电压源e2的正极接地，电阻r
16
的另一端连接运算放大器u7的反相输入端，运算放大器u7的反相输入端和输出端并联电阻r
17
，模拟乘法器a的上输入端连接电阻r
17
与运算放大器u7共输出端，模拟乘法器a的下输入端连接运算放大器u2的反向输入端，模拟乘法器a的输出端与电阻r
18
的一端相连实现电路输出。
11.进一步的，运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3、运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6、运算放大器u7的型号均为tl082cp，模拟乘法器a的型号为ad633。
12.有益效果：本实用新型与现有技术相比，其显著特点是通过调节可调节电阻，产生极限环、单涡卷、双涡卷吸引子以及对应的振荡信号，通过正阈值忆阻器实现输出的振荡信号含有正阈值区间的函数，利用观测器能够观测到含有正阈值区间的振荡信号。
附图说明
13.图1是本实用新型的电路原理图；
14.图2是本实用新型中负电阻nr的电路原理图；
15.图3是本实用新型中正阈值忆阻器m的电路原理图；
16.图4是本实用新型的正阈值忆阻器m在选择正弦电压源v＝asin(2πft),当a＝2v，f＝300hz时的multisim电路仿真图；
17.图5(a)是本实用新型在r＝1820ω时，输出的1端电压时序图；
18.图5(b)是本实用新型在r＝1820ω时，输出的2端电压时序图；
19.图6是本实用新型在r＝1820ω时，输出的极限环相图；
20.图7(a)是本实用新型在r＝1940ω时，输出的1端电压时序图；
21.图7(b)是本实用新型在r＝1940ω时，输出的2端电压时序图；
22.图8是本实用新型在r＝1940ω时，输出的左侧单涡卷相图；
23.图9(a)是本实用新型在r＝1950ω时，输出的1端电压时序图；
24.图9(b)是本实用新型在r＝1950ω时，输出的2端电压时序图；
25.图10是本实用新型在r＝1950ω时，输出的右侧单涡卷相图；
26.图11(a)是本实用新型在r＝1910ω时，输出的1端电压时序图；
27.图11(b)是本实用新型在r＝1910ω时，输出的2端电压时序图；
28.图12是本实用新型在r＝1910ω时，输出的双涡卷相图。
具体实施方式
29.下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的相信说明。
30.请参阅图1所示，本实用新型提供的一种含正阈值忆阻器的混沌电路，包含电感l、电容c1、电容c2、可调节电阻r、负电阻nr、正阈值忆阻器m。
31.本实用新型中，采用的正阈值忆阻器m为公开号cn114465602a的专利申请中记载的sigmoid型忆阻模拟器。该sigmoid型忆阻模拟器在电路中起到的作用为将流经的电信号进行积分计算，同时进行转换，将转换后电信号模拟计算后输出。
32.电容c1一端连接可调节电阻r的一端，记为1端，可调节电阻r的另一端连接电容c2的一端，记为2端，电容c2的另一端与电容c1的另一端连接，电容c1的另一端同时接地，记为1’端，电容c1、电容c2、可调节电阻r形成闭合回路；电容c2的两端并联有电感l，电容c1的两端并联有负电阻nr，负电阻nr的两端并联有正阈值忆阻器m。
33.请参阅图2所示，负电阻中nr还包含运算放大器u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3；电阻r1的一端与运算放大器u1的同相输入端相连，记为3端，电阻r1的另一端与运算放大器u1的输出端相连，电阻r3的一端与运算放大器u1的反相输入端相连，电阻r3同时通过电阻r2与运算放大器u1的输出端相连，电阻r3的另一端记为4端。
34.请参阅图3所示，正阈值忆阻器m包含运算放大器u2、运算放大器u3、运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6、运算放大器u7、电容c3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r
10
、电阻r
11
、电阻r
12
、电阻r
13
、电阻r
14
、电阻r
15
、电阻r
16
、电阻r
17
、电阻r
18
、三极管q1、三极管q2、直流电压源e1、直流电压源e2、直流电流源i0、模拟乘法器a；
35.运算放大器u2的反相输入端与输出端相连，运算放大器u2的反相输入端记为5端，运算放大器u2的同相输入端接地，电阻r4的一端连接运算放大器u2的输出端，电阻r4的另一端连接运算放大器u3的反相输入端，运算放大器u3的反相输入端与输出端并联电阻r5，运算放大器u3的同相输入端接地，电阻r6的一端连接运算放大器u3的输出端，电阻r6的另一端连接运算放大器u4的反相输入端，运算放大器u4的反相输入端与输出端并联电容c3，运算放大器u4的同向输入端接地；电阻r7一端连接运算放大器u4的输出端，电阻r7另一端连接运算放大器u5的反相输入端，运算放大器u5的反相输入端与输出端并联电阻r8，运算放大器u5的同相输入端接地，运算放大器u5的输出端与三极管q1的基极相连，三极管q1的集电极与电阻r9的一端相连，电阻r9的另一端接入直流电压源e1的正极，直流电压源e1的正极与电阻r
10
的一端相连，直流电压源e1的负极接地，电阻r
10
的另一端与三极管q2的集电极相连，三极管q2的发射极与三极管q1的发射极的共输出端与直流电流源i0的正极相连，直流电流源i0的负极接地，三极管q1的集电极同时与电阻r
11
的左端相连，连接运算放大器u6的反相输入端，运算放大器u6的反相输入端和输出端并联电阻r
14
，三极管q2的基极与电阻r
13
一端相连，三极管q2的基极接地，r
13
的另一端连接u6的正相输入端，u6的正相输入端同时连接电阻r
12
的一端，r
12
的另一端连接三极管q2的集电极，电阻r
15
的一端连接运算放大器u6的输出端，电阻r
15
的另一端连接运算放大器u7的反相输入端，电阻r
16
的一端连接直流电压源e2的负极，直流电压源e2的正极接地，电阻r
16
的另一端连接运算放大器u7的反相输入端，运算放大器u7的反相
输入端和输出端并联电阻r
17
，模拟乘法器a的上输入端连接电阻r
17
与运算放大器u7共输出端，模拟乘法器a的下输入端连接运算放大器u2的反向输入端，模拟乘法器a的输出端与电阻r
18
的一端相连实现电路输出，电阻r
18
的另一端为输出端记为6端。
36.其中r＝1910ω，r为可调节电阻，l＝20mh、c1＝5.6nf、c2＝33nf、r1＝r2＝33kω、r3＝1.75kω、r4＝r5＝r6＝r7＝r
11
＝r
12
＝r
13
＝r
14
＝r
17
＝10kω、r8＝0.26kω、r9＝r
10
＝r
18
＝1kω、r
15
＝20kω、r
16
＝300kω、c3＝10nf、e1＝e2＝15v、i0＝1.1ma、g＝1，运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3、运算放大器u4、运算放大器u5、运算放大器u6、运算放大器u7的型号均为tl082cp，三极管q1、三极管q2的型号为mps2222，模拟乘法器a的型号为ad633。
37.正阈值忆阻器m定义为：
[0038][0039]
为正阈值忆阻器m中运算放大器u4的输出电压；u
c1
为正阈值忆阻器m的输入电压；i为输出电流；由定义可知此函数具有正阈值区间(0,1)，为正阈值忆阻器m的忆导值。
[0040]
实施例1
[0041]
请参阅图4所示，选择正弦电压源v＝asin(2πft),当a＝2v，f＝300hz时，得到的正阈值忆阻器的multisim电路仿真图。
[0042]
实施例2
[0043]
当r＝1820ω时，得到multisim电路仿真图，请参阅图5(a)所示，得到1端电压时序图；请参阅图5(b)所示，得到2端电压时序图；请参阅图6所示，得到周期极限环相图。
[0044]
实施例3
[0045]
当r＝1940ω时，得到multisim电路仿真图，请参阅图7(a)所示，得到1端电压时序图；请参阅图7(b)所示，得到2端电压时序图，请参阅图8所示的，得到左侧单涡卷相图。
[0046]
实施例4
[0047]
当r＝1950ω时，得到multisim电路仿真图，请参阅图9(a)所示，得到1端电压时序图；请参阅图9(b)所示，得到2端电压时序图；请参阅图10所示，得到右侧单涡卷相图。
[0048]
实施例5
[0049]
当r＝1910ω时，得到multisim电路仿真图，请参阅图11(a)所示，得到1端电压时序图，请参阅图11(b)所示，得到2端电压时序图，请参阅图12所示，得到双涡卷相图。