申请/专利权人：太原理工大学

申请日：2017-04-17

公开（公告）日：2017-10-10

公开（公告）号：CN107241063A

主分类号：H03B5/12(2006.01)I

分类号：H03B5/12(2006.01)I;H04L9/00(2006.01)I

优先权：

专利状态码：失效-发明专利申请公布后的驳回

法律状态：2021.03.02#发明专利申请公布后的驳回;2017.11.03#实质审查的生效;2017.10.10#公开

摘要：本发明涉及一种基于电路产生超宽带混沌信号的电路，具体为改进型二级Colpitts混沌电路。解决现有标准型二级Colpitts混沌振荡器寄生电容使得集电极等效为与地短接，以及产生的混沌信号的基本频率较低，频谱存在尖峰，不平坦的问题。电路包括：第一电压源V1，第二电压源V2，第一三极管Q1，第二三级管Q2，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，电感L1和电流源I1。本发明可以消除寄生电容对地短接的影响。使得谐振网络的总电容大大减小，不仅提高了电路所产生的混沌信号的基本频率，而且消除了原电路产生频谱的尖峰，频谱更加平坦，从原理上拓宽了Colpitts混沌电路的应用领域与范围以及应用效果。

主权项：一种改进型二级Colpitts混沌电路，其特征在于包括第一电压源V1，第二电压源V2，第一三极管Q1，第二三级管Q2，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，电感L1和电流源I1；其中，第一电压源V1连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一电容C1的第一端，同时第一电阻R1的第二端连接第一三极管Q1的集电极，第一电容C1的第二端连接第一三极管Q1的发射极和第二电容的第一端，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接，同时第二电容C2的第二端和第二三极管Q2的发射极连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极与电流源I1的第一端连接，第二电压源V2与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第二三极管Q2的基极与电感L1的第一端连接，电感L1的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与电流源I1的第二端以及第三电容C3的第二端同时接地。

全文数据：改进型二级CoIpitts混沌电路技术领域[000i]本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种基于电路产生超宽带混沌信号的电路，具体为改进型二级Colpitts混沌电路。背景技术[0002]混沌是在确定系统中产生的不规则运动，混沌作为一种复杂的非线性运动行为，在物理学，气象学，电子学，信息学和经济学等领域得到了广泛的研究及应用。在过去的几十年中，基于Colpitts考毕兹）的混沌振荡器已经受到了重大关注，但标准型二级Colpitts振荡器电路混沌电路）由于使用晶体管会产生寄生效应，当电路频率很高时，寄生效应产生的寄生电容使得集电极等效为与地短接，从而破坏系统的振荡状态使得电路性能受到限制，同时，标准型二级Colpitts混沌振荡器产生的混沌信号其基本频率均不高于晶体管特征频率的310,且频谱存在尖峰，不平坦等问题，极大地限制了Colpitts混沌电路的应用领域与范围，以及应用效果。发明内容[0003]本发明解决现有二级Colpitts振荡器电路存在的上述缺陷和问题，提供一种改进型二级Colpitts混沖电路。[0004]本发明是采用如下技术方案实现的：改进型二级Colpitts混沌电路，包括第一电压源VI，第二电压源V2，第一三极管Q1，第二三级管Q2，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3,第一电容C1，第二电容C2,第三电容C3,电感L1和电流源II;其中，第一电压源VI连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一电容C1的第一端，同时第一电阻R1的第二端连接第一三极管Q1的集电极，第一电容C1的第二端连接第一三极管Q1的发射极和第二电容的第一端，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接，同时第二电容C2的第二端和第二三极管Q2的发射极连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极与电流源II的第一端连接，第二电压源V2与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第二三极管Q2的基极与电感L1的第一端连接，电感L1的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与电流源11的第二端以及第三电容C3的第二端同时接地。该电路构成第一三极管Q1与第一电容C1并联，第二三极管Q2与第二电容C2并联，第一电流源II与第三电容C3并联的电路，由于三极管在高频情况下会产生寄生电容，所以在此将第一三极管旁的寄生电容命名为第一寄生电容Cbl，将第二三极管旁的寄生电容命名为第二寄生电容Cb2。[OOO5]本发明的改进型二级Coplitts混沌电路可以改进原有电路的不足，改进型二级Colpitts电路将标准型二级Coplitts电路的电感转移到第二级三极管的基极，同时在两个三极管的基极都各自串联上一个电阻，寄生电容在频率很高的时候会被隔离，本发明可以消除寄生电容对地短接的这一影响。同时第三电容C3成为了电路谐振的一部分，和第一电容C1，第二电容C2串联，使得谐振网络的总电容大大减小，同时级联的三极管又不会使整个电路的增益不足，从图3与图5的频谱图中看出，不仅将电路所产生的混沌信号的基本频率从约3GHz提高到5_68GHz，而且从图3与图5频谱图比较可以看出，本发明的改进型二级Coplitts混沌电路产生的混沌频谱消除了原标准型二级Coplitts电路频谱的尖峰，频谱更加平坦，从原理上拓宽了Colpitts混沌电路的应用领域与范围，以及应用效果。附图说明[0006]图1为现有标准型二级Coplitts电路原理图；图2为本发明的改进型二级CopliUs混沌电路的原理图；图3为现有标准型二级Colpitts混沌电路的频谱图仿真结果；图4为现有标准型二级Colpitts混沌电路的自相关图仿真结果；图5为本发明的改进型二级Colpitts混沌电路的频谱图仿真结果；图6为本发明的改进型二级Colpitts混沌电路的自相关图仿真结果。具体实施方式[0007]如图2所示，改进型二级Colpitts混沌电路，包括第一电压源VI，第二电压源V2,第一三极管Q1，第二三级管Q2,第一电阻R1，第二电阻R2,第三电阻R3,第一电容C1，第二电容C2,第三电容C3,电感L1和电流源II;其中，第一电压源VI连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一电gC1的第一端，同时第一电阻R1的第二端连接第一三极管Q1的集电极，第一电容Cl的第二端连接第一三极管Q1的发射极和第二电容的第一端，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接，同时第二电容C2的第二端和第二三极管Q2的发射极连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极与电流源II的第一端连接，第二电压源V2与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第二三极管Q2的基极与电感L1的第一端连接，电感L1的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与电流源II的第二端以及第三电容C3的第二端同时接地。[0008]本发明根据寄生电容在频率很高的时候会被隔离这一原理，将电路重新设置成如图2所示的电路图，不仅可以消除寄生电容对地短接的这一影响，而且同时使第三电容^成为了电路谐振的一部分，和第一电容C1，第二电容C2串联，使得谐振网络的总电容大大减小，同时级联的三极管又不会使整个电路的增益不足，不仅将电路所产生的混沌信号的基本频率从约3GHz提高到5.6SGHz，而且消除了原电路产生频谱的尖峰，频谱更加平坦，从原理上拓宽了Colpitts混沌电路的应用领域与范围，以及应用效果。[0009]数值仿真：根据图2所示的电路图，利用MATLAB仿真软件平台，对改进型二级Cop1itts混沌电路进行数值仿真，在进行数值仿真时举例说明一组在实践中使用的元器件的值，第一电压源VI为3〇V，第二电压源V2为15V，第一三极管Q1与第二三极管Q2均为NPN型晶体管，型号均为BFG520XR，截止频率为9GHz:第一电阻R1的阻值为2Q，第二电阻R2的阻值为2Q，第三电阻R3的阻值为2Q，第一电容C1为lpF，第二电容C2为2pF，第三电容C3为2pF，电感L1的电感量为aiH，电流源II的值为3〇mA。运用MATLAB数值仿真软件对归一化后的状态方程进行仿真，得到电容G端点电压的频谱图（图5和互相关图（图6。为了对比电路改进前后的效果，本发明在图3、4中列出了现有标准型二级电路心端点电压的频谱图与自相关图。[0010]通过数值仿真验证理论分析:标准型二级Colpitts电路（图1产生的频谱图不平坦，且多处出现尖峰，如图3、4中的频谱图和自相关图所示。而根据本发明所设计的改进型二级Coplitts混沌电路图2，可以得出如图5所示的频谱图和如图6所示的自相关图，从图5、6中可看出改进型二级Colpitts电路频谱图较为平坦，归一化后的自相关函数也类似于冲激函数，这也表明该电路能产生基频为5.68GHz的混沌信号，基频可提升到三极管截止频率的0.6倍，几乎是原标准型二级Colpitts电路的2倍。而根据文献[1]，标准二级型Colpitts电路能产生的最高基频约为3GHz，如图3所示。因此，本发明的改进型二级Colpitts电路相比标准型二级型Colpitts电路其基频提高了约2.68GHz。[0011][1]A.Tamassevicius,G.Mykolaitis,S.Bumeliene,A.Cenys,A.N.AnagnostopoulosandE.Lindberg.“Two-stagechaoticColpittsoscillator.，，ElectronicsLetters,2001,379：549-551.

权利要求：1.一种改进型二级Colpitts混沌电路，其特征在于包括第一电压源VI，第二电压源V2，第一三极管Q1，第二三级管Q2,第一电阻R1，第二电阻R2,第三电阻R3,第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，电感L1和电流源II;其中，第一电压源VI连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一电容C1的第一端，同时第一电阻R1的第二端连接第一三极管Q1的集电极，第一电容C1的第二端连接第一三极管Q1的发射极和第二电容的第一端，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接，同时第二电容C2的第二端和第二三极管Q2的发射极连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的发射极与电流源II的第一端连接，第二电压源V2与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第二三极管Q2的基极与电感L1的第一端连接，电感L1的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与电流源II的第二端以及第三电容C3的第二端同时接地。2.根据权利要求1所述的改进型二级Colpitts混沌电路，其特征在于第一电压源VI为30V，第二电压源V2为UV，第一三极管Q1与第二三极管Q2均为NPN型晶体管，型号均为BFG520XR，截止频率为9GHz:第一电阻R1的阻值为2D，第二电阻R2的阻值为2Q，第三电阻R3的阻值为2Q，第一电容C1为lpF，第二电容C2为2pF，第三电容C3为2pF，电感L1的电感量为2nH，电流源11的值为30mA。

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