[发明专利]一种具有自激吸引子与隐吸引子的忆阻混沌信号产生电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于一阶广义忆阻器的新型混沌信号产生电路，通过调节电路参数，该电路既能产生常规的自激吸引子，又能产生实验可观测的隐吸引子。

背景技术

混沌是非线性方程描述的确定系统所产生的介于周期振荡与噪声之间的一种复杂振荡。混沌信号具有内在随机性、初值敏感性、宽带、遍历性和有界性等特点，能够产生类似白噪声的宽带信号，在信息加密、保密通信和混沌雷达等领域有着广泛的应用。混沌信号源是各类混沌应用系统的重要组成部分，研究开发新型混沌信号源对混沌理论的实用化至关重要。

1971年，加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少棠根据变量组合完备性原理，从理论上预测了忆阻的存在性，并提出了忆阻器件和忆阻系统。2008年，惠普公司的Willliams团队在《Nature》杂志上首次报道了纳米级忆阻器的物理实现。忆阻器是一种特殊的非线性电路元件，可用于产生混沌信号，是构建非线性电路与系统的最有效的元件。采用具有各种非线性特性的忆阻器替代经典混沌电路中的非线性器件，可以很容易地构造出新的混沌信号产生电路。其中，蔡氏电路由于拓扑结构简单，且能产生复杂的混沌的特性，在忆阻混沌信号发生器研究领域中得到了广泛的关注。蔡氏忆阻混沌电路可能具有线平衡点集，还可以观察到瞬态混沌、超混沌等特殊非线性现象。这些非线性特性多由不稳定平衡点产生，相应的混沌吸引子被称为自激吸引子。近年来，一种新型的吸引子得到了广泛的关注，其吸引域不与任何不稳定平衡点相交，因此被称为隐吸引子。产生隐吸引子的非线性系统可能具有线平衡点集，没有平衡点或只有稳定平衡点，无法像自激吸引子一样通过计算不稳定平衡点来求得其对应吸引域。因此，无论是隐吸引子现象的发现，还是其对应参数范围的估计都显得尤为困难。基于隐吸引子的这一特性，寻找各类非线性系统中潜藏的隐吸引子现象，明确其参数范围，或构造能够产生隐吸引子的新型混沌信号产生电路，在实际工程应用中具有重要的意义。

根据已有报道，经典蔡氏混沌系统，在特定初始状态条件下，可以观测到由稳定平衡点激发的隐吸引子。但是，上述隐吸引子对经典蔡氏混沌系统的初始状态具有敏感依赖性，难以通过实验进行验证。本发明即针对这一问题，采用一阶二极管桥广义忆阻器替代经典蔡氏电路中的蔡氏二极管，构造了一种新型混沌信号产生电路，其中可以观测到自激吸引子与隐吸引子，且上述现象都可通过实验测试进行验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以产生自激吸引子和隐吸引子，且所产生隐吸引子可实验观测的新型混沌信号源。

为解决上述技术问题，本发明采用二极管桥级联RC滤波器构成的忆阻等效电路替换经典蔡氏电路中的蔡氏二极管，构造了一种新型蔡氏忆阻混沌信号产生电路，其中包括：蔡氏忆阻混沌电路主电路，二极管桥级联一阶RC滤波器构成的广义忆阻器G_M和负阻G。

所述二极管桥级联一阶RC滤波器构成的广义忆阻器G_M如图1所示，包括：二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电阻R、电容C。其中，二极管D₁的负极端与二极管D₂负极端相连，记作2端；二极管D₂正极端与二极管D₃负极端相连，记作3端；二极管D₃正极端与二极管D₄正极端相连，记作4端；二极管D₄负极端与二极管D₁正极端相连，记作1端；电阻R与电容C并联构成一阶RC滤波器，电容的正负端分别记为5端和6端。二极管桥的2端、4端分别与一阶RC滤波器的5端、6端相连；二极管桥的1端、3端作为广义忆阻器G_M的输入端。

所述负阻G的实现电路如图2所示，包括运算放大器、电阻R_a1、电阻R_a2、电阻R_b，其输入端分别标记为1端、2端；运算放大器的正极输入端和负极输入端分别与电阻R_a1和电阻R_a2的一端相连；运算放大器的输出端分别与电阻R_a1和电阻R_a2的另一端相连；电阻R_b的一端与运算放大器的正极输入端相连，另一端与输入端2相连。