改进型二级Colpitts混沌电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，特别是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：

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，已广泛应用于物理、气象学、电子学、信息学和经济学领域。在过去的几十年里，基于Colpitts(考毕兹)混沌振荡器引起了广泛关注，但标准二级振荡器Colpitts振荡器电路体管，振荡器电路（混沌电路）会产生寄生效应。当电路频率高时，寄生效应产生的寄生电容器使集电极等效与地面短接，从而破坏系统的振荡状态，限制电路性能。标准型二级Colpitts混沌振荡器产生的混沌信号的基本频率不高于晶体管特征频率的3/10，频谱存在尖峰、不平等问题，极大地限制了Colpitts混沌电路的应用领域和范围，以及应用效果。

技术实现要素：

本发明解决了现有的二级问题Colpitts振荡器电路的上述缺陷和问题提供了改进的二级Colpitts混沌电路。

本发明采用以下技术方案实现：改进型二级Colpitts混沌电路包括第一电压源V一、二次电压源V二、第一三极管Q一、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；

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，第一电阻R1第二端连接第一三极管Q1集电极，第一电容C1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C第二端和第三电容C连接3的第一端，同时，第二电容C二、二、三极管Q2发射极连接，第一三极管Q1发射极和第二三极管Q2集电极连接，第二三极管Q2发射极和电流源I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R第二端和第一三极管Q1基极连接，第二三极管Q基极和电感L第一端连接，电感L1第二端和第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R三、二端及电流源I第二端和第三电容C三、二端同时接地。该电路构成第一三极管Q1与第一电容C并联，第二三极管Q2与第二电容C并联，第一电流源I1与第三电容C3.由于三极管在高频情况下会产生寄生电容，因此在这里将第一三极管旁边的寄生电容命名为第一寄生电容Cb1.将第二三极管旁边的寄生电容命名为第二寄生电容Cb2。

本发明改进型二级Coplitts混沌电路可以改善原电路的不足，改进二级电路Colpitts电路将标准型二级Coplitts电路的电感转移到二级三极管的基极。同时，两个三极管的基极分别串联一个电阻。寄生电容高频时会被隔离。本发明可以消除寄生电容器对地面短接的影响。同时，第三电容C3成为电路谐振和第一电容的一部分C1，第二电容C2串联大大降低了谐振网络的总电容，同时级联的三极管不会使整个电路的增益不足。从图3和图5的频谱图可以看出，电路产生的混沌信号的基本频率不仅从3左右GHz提高到5.68GHz，从图3和图5的频谱图可以看出，本发明改进型二级Coplitts混沌电路产生的混沌频谱消除了原标准二级Coplitts原则上，电路频谱的尖峰更加平坦，拓宽了Colpitts混沌电路的应用领域和范围，以及应用效果。

附图说明

图1为现有标准二级Coplitts电路原理图；

图2为本发明改进型二级Coplitts混沌电路原理图；

图3为现有标准二级Colpitts混沌电路频谱图模拟结果；

图4为现有标准二级Colpitts混沌电路自相关模拟结果；

图5为本发明改进型二级Colpitts混沌电路频谱图模拟结果；

图6为本发明改进型二级Colpitts自相关模拟混沌电路的结果。

具体实施方法

如图2所示，改进型二级Colpitts混沌电路包括第一电压源V一、二次电压源V二、第一三极管Q一、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；

第一电压源V连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R第一电容器连接到第二端C1的第一端，第一电阻R1第二端连接第一三极管Q1集电极，第一电容C1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C第二端和第三电容C连接3的第一端，同时，第二电容C二、二、三极管Q2发射极连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2集电极连接，第二三极管Q2发射极和电流源I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R第二端和第一三极管Q1基极连接，第二三极管Q基极和电感L1的第一端连接，电感L1第二端和第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R三、二端及电流源I1的第二端以及第三电容C三、二端同时接地。

本发明根据寄生电容在高频时被隔离的原理，将电路重新设置为图2所示的电路图，不仅可以消除寄生电容对地面短接的影响，还可以使第三电容C3成为电路谐振和第一电容的一部分C1，第二电容C串联使谐振网络的总电容大大降低，同时级联的三极管也不会使整个电路增益不足，电路产生的混沌信号的基本频率不仅从3左右GHz提高到5.68GHz，而且消除了原电路产生频谱的尖峰，频谱更加平坦，原则上拓宽了Colpitts混沌电路的应用领域和范围，以及应用效果。

数值模拟：根据图2所示的电路图，使用MATLAB模拟软件平台，改进二级Coplitts混沌电路进行数值模拟，例如在实践中使用的一组元件的值，第一电压源V1为30V，第二电压源V2为15V，第一三极管Q一、二三极管Q2均为NPN晶体管型号均为BFG520XR，截止频率为9GHz：第一电阻R1的阻值为2Ω，第二电阻R2的阻值为2Ω，第三电阻R3的阻值为2Ω，第一电容C1为1pF，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I1的值为30mA。运用MATLAB数值仿真软件模拟归一化后的状态方程，获得电容C1端点电压频谱图(图5)和相关图(图6)。运用MATLAB数值仿真软件模拟归一化后的状态方程，获得电容C1端点电压频谱图(图5)和相关图(图6)。为了比较电路改进前后的效果，本发明在图3和图4中列出了现有的标准二次电路C端点电压的频谱图与自相关图。

通过数值模拟验证理论分析：标准二级Colpitts电路(图1)产生的频谱图不平，多处出现尖峰，如图3、4中的频谱图和自相关图所示。根据本发明设计的改进二级Coplitts混沌电路(图2)可以得到图5所示的频谱图和图6所示的自相关图。从图5和图6可以看出改进二级Colpitts电路频谱图相对平坦，归一化后的自相关函数与冲激函数相似，这也表明该电路可以产生5个基频.68GHz混沌信号，三极管截止频率的基频可以提高到0.6倍，几乎是原标准二级Colpitts电路的2倍。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。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与标准二级电路相比，标准二级电路Colpitts电路基频增加约2.68GHz。

[1] A. Tamas?evi?ius, G. Mykolaitis, S. Bumelien?, A. ?enys, A.N.Anagnostopoulos and E. Lindberg. “Two-stage chaotic Colpitts oscillator.”Electronics Letters,2001，37(9)：549-551.