[发明专利]基于反相器的混沌振荡电路

说明书

技术领域

本发明涉及混沌学及非线性系统，特别是一种双涡旋混沌振荡电路。

背景技术

自1972年美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一洛伦兹(Lorenz)发表了题为《蝴蝶效应》的论文，时至今日，它的论断仍为人津津乐道，更重要的是，它激发了人们对混沌学的浓厚兴趣。今天，伴随计算机等技术的飞速进步，混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。

混沌在电路系统中也同样普遍存在，自从混沌电路发现以来十余年间，有关电路中的混沌现象及其应用在国际上电路与系统领域引发了极大的研究兴趣，取得了很多成果。混沌电路成为非线性科学中的一个研究热点有着多方面的原因：混沌电路模型易于建立，实验电路易于构造，实验条件可以精确加以控制，数据精确度较高，因此研究易于深入。非线性动力学中的各种混沌现象的性态都可以在混沌电路中加以分析，混沌电路的研究对于整个非线性科学的研究都有着深刻的意义。事实上，关于混沌现象迄今最好的实验结果也是在混沌电路中得到的。

蔡氏电路是迄今为止在非线性电路中产生复杂动力学行为的最有效而简单的混沌振荡电路之一，通过对蔡氏电路的参数改变，可以产生从周期分岔、单涡旋、周期三到双涡旋等十分丰富的混沌现象，从而使人们能较为方便的对混沌机理与特性进行研究。传统蔡氏电路如图1所示，其中的负阻子电路多是基于运算放大器构建的，不仅结构较为复杂，而且运算放大器的速度限制了蔡氏电路的振荡频率。负阻电路还有多种多样的实现方式，比如隧道二极管，但隧道二极管本身需要工作点偏置电路，整体电路仍然较复杂。

发明内容

本发明提供了一个构造简单的蔡氏混沌振荡电路，可以观测到双涡旋蔡氏电路的各种混沌状态。

一种混沌振荡电路，包括一个色环电感、一个电阻器、两个贴片电容和一个非线性负阻电路，其中，所述的电阻器为可变电阻器，所述的非线性负阻电路由一个CMOS六反相器芯片中的相器芯片中的两个反相器并联构成，且这两个反相器首尾相连。

本发明中的可变电阻器，可采用塑料方形多圈微调电位器，为市面上常见的元件封装形式；本发明中的CMOS六反相器芯片可采用CD4069，CD4069作为一种常见的CMOS六反相器芯片，许多芯片厂商都有供应，非常易于获得。本发明所用的各元器件都是市面上常见的元件封装形式，CD4069也是市面上最常见的芯片，所以本发明中各元器件简单易得，便于本发明的实现。

本发明中，非线性负阻电路中只使用到了CD4069中的两个反相器，它们对应了芯片的1～4号管脚，两个反相器首尾相连，构成了蔡氏电路中的非线性负阻部分。芯片CD4069上的14、7号管脚分别接电源和地，而5、6、8、9、10、11、12、13号管脚均悬空，它们在本电路中不起作用，属于冗余部分。之所以选用CD4069是由于其相对较为常见，CD4069的封装引脚图和内部反相器结构图分别如图3和图4所示。

以下将详细说明本发明电路的工作原理。

(1)首先从本发明的非线性负阻电路负阻特性开始分析。我们已经知道，经典蔡氏电路中的负阻部分的伏安特性曲线必须具有负斜率且有分段线性的特性，可以证明构成本发明的非线性负阻电路的CMOS反相器对具有该特性：

设首尾相连的两个CMOS反相器构成的非线性负阻电路的两个端口为A、B端口。设靠近可变电阻器一端为A端口，设靠近电感一端为B端口。每个CMOS反相器又是由一个NMOS和一个PMOS管所构成的(正常工作时不需要考虑ESD二极管)，将反相器对看作一个两端口网络，可以从MOS管的特性出发推导出其伏安特性的解析式。首先考虑A端口电流与B端口电压间的关系：