蔡氏混沌电路在Multisim软件中的设计与仿真

经典的蔡氏电路是一个简单混沌电路,能够产生丰富的混沌现象,然而该电路的系统参数基本上是固定的,不同混沌电路之间的电路不具备通用性。基于此,本文提出在Multisim仿真软件上通过模块化的设计方法重构蔡氏混沌电路,利用常见的运算放大器、电阻、电容电子元件组成混沌系统的线性部分,着重介绍了如何利用多个二极管实、运放等实现复杂绝对值非线性函数,并给出蔡氏混沌电路相应的硬件仿真结果。     

一种单电源高集成度蔡氏振荡器

二端非线性电阻的实现是研究蔡氏电路中混沌现象的一个重要环节,传统的非线性电阻大多采用正负电源供电的运放和电阻、电容等分立器件来搭建。在分析非线性电阻工作原理的基础上,提出采用单电源供电的集成电路制造工艺实现负阻器件的思想。设计的非线性负阻器件主要由轨到轨运算放大器、基准电压/电流产生等模块组成,并在0.18 μm标准CMOS工艺下设计实现。仿真结果表明,在1.8 V单电源工作模式下,蔡氏电路两个关键节点的李萨如波形表现为双螺旋吸引子,证明该振荡器电路有效,整个电路的功耗约为2.45 mA。     

基于共振隧穿二极管的蔡氏电路设计研究

首次提出一种基于共振隧穿二极管的蔡氏电路.利用共振隧穿二极管(RTD)的负微分电阻特性,采用驱动点特性合成的方法,实现了蔡氏电路中的分段线性电阻,通过一组参数的选取,进而实现了蔡氏电路,并用PSpice模拟软件进行了仿真验证.相对于用传统方法实现的蔡氏电路,基于RTD的蔡氏电路具有电路结构更加简洁、便于集成的特点.     

基于单电子器件的蔡氏电路实现

基于提出的单电子晶体管和MOS混合器件构成的非线性电阻电路以及CMOS构建的模拟电感,实现了一种新型蔡氏混沌电路,得到其双涡卷混沌吸引子.研究表明,该混沌电路具有结构简单、功耗较低,实现效果好、集成度高等优点,为混沌电路在理论和实践方面提供了新的硬件基础,同时,也为保密通信领域提供了又一种可行的实现方法.     

基于分段线性正电阻的蔡氏电路设计

为了简化蔡氏二极管的设计,提出了一种分段线性正电阻的设计方法。将设计的分段线性正电阻转换成分段线性负电阻,该分段线性负电阻用于设计新的蔡氏电路,通过EWB仿真和硬件电路测试表明新的蔡氏电路能有效地产生混沌行为。无论是从产生的混沌行为还是从电路的结构来看,均具有现有蔡氏电路所不具备的一些优点,结果表明电路设计是有效的。     

蔡氏电路实验研究

从电路课教学的角度，介绍了蔡氏电路及蔡氏二极管的实现方案，讨论了蔡氏电路的简单工作原理，给出观察蔡氏电路周期1、周期2极限环及单涡旋和双涡旋混沌吸引子的实验方案及实验结果。实验结果表明，蔡氏电路结构简单且有丰富的动力学行为，结合电路课程中的非线性电路教学内容开展蔡氏电路实验研究，可提高学生学习积极性，为他们在非线性领域的进一步学习研究打下基础。     

基于二极管的限幅蔡氏电路实验研究

根据经典蔡氏电路的数学模型,获得系统各个变量之间的运算关系,利用运算放大器、电阻、电容及二极管等元器件,完成非线性限幅函数的电路设计,实现无电感元件的等效蔡氏电路硬件实验图。结果表明,通过调试电路中电阻值,可以直接从示波器观测到蔡氏电路的三个运动变量,包括周期、单涡卷、双涡卷等运动行为的时序图和相位图。搭建的电路结构简单,学生实验时调试容易,并且由于电路中不含电感元件,实验过程中混沌吸引子的稳定性也明显得到了提高。     

蔡氏电路的等效电路设计及其应用

针对蔡氏电路中电感的误差与蔡氏二极管复杂的缺陷,设计了一种蔡氏电路的等效电路。对电路参数表示的蔡氏电路方程用数学语言方程进行归一化设计,对归一化的状态方程的变量重新组合,根据组合后的方程设计出各模块电路,按照方程各状态变量的对应关系将各模块联结起来并优化,设计出了一种无感能产生二涡卷蔡氏混沌吸引子的等效电路。用反馈型驱动-响应式同步混沌保密通信制式对等效电路进行研究,结果表明保密通信很好。由此证实了该方法的可行性。     

蔡氏电路中电感阻耗对混沌现象的影响

设计了一个实用的有耗电感蔡氏电路，对有耗电感蔡氏电路中非线性电阻的伏安特性曲线进行了测量，并用示波器观察了电感有效电阻对混沌现象影响情况。基于以上实验结果，建立了有耗电感蔡氏电路的数学模型，对其进行了理论分析，并用Matlab软件进行了模拟仿真研究，发现电感阻耗能改变混沌的不同状态，从而得出电感的阻耗不能忽略的结论。     

基于CCCII非线性电阻实现的蔡氏电路及其研究

利用具有低电压、低功耗、低噪声以及电可调等优点的第二代电流控制电流传输器(CCCII),实现了一种具有"蔡氏二极管"特性的非线性电阻,并结合Pspice软件对由它构成的蔡氏电路进行了计算机仿真研究.仿真结果表明:调节非线性电阻电路的相关参数,不仅可以实现具有不同斜率的非线性电阻,而且由其构成的蔡氏电路也出现了诸如平衡态、周期、倍周期、单涡卷混沌吸引子、双涡卷混沌吸引子等丰富的混沌现象.同时还给出了蔡氏电路处于混沌状态时,各相关元件的参数变化范围.