改進型二級Colpitts混沌電路的製作方法

2023-12-04 11:20:46

本發明涉及電子電路技術領域，特別涉及一種基於電路產生超寬帶混沌信號的電路，具體為改進型二級colpitts混沌電路。

背景技術：

混沌是在確定系統中產生的不規則運動，混沌作為一種複雜的非線性運動行為，在物理學，氣象學，電子學，信息學和經濟學等領域得到了廣泛的研究及應用。在過去的幾十年中，基於colpitts（考畢茲）的混沌振蕩器已經受到了重大關注，但標準型二級colpitts振蕩器電路（混沌電路）由於使用電晶體會產生寄生效應，當電路頻率很高時，寄生效應產生的寄生電容使得集電極等效為與地短接，從而破壞系統的振蕩狀態使得電路性能受到限制，同時，標準型二級colpitts混沌振蕩器產生的混沌信號其基本頻率均不高於電晶體特徵頻率的3/10，且頻譜存在尖峰，不平坦等問題，極大地限制了colpitts混沌電路的應用領域與範圍，以及應用效果。

技術實現要素：

本發明解決現有二級colpitts振蕩器電路存在的上述缺陷和問題，提供一種改進型二級colpitts混沌電路。

本發明是採用如下技術方案實現的：改進型二級colpitts混沌電路，包括第一電壓源v1，第二電壓源v2，第一三極體q1，第二三級管q2，第一電阻r1，第二電阻r2，第三電阻r3，第一電容c1，第二電容c2，第三電容c3，電感l1和電流源i1；

其中，第一電壓源v1連接第一電阻r1的第一端，第一電阻r1的第二端連接第一電容c1的第一端，同時第一電阻r1的第二端連接第一三極體q1的集電極，第一電容c1的第二端連接第一三極體q1的發射極和第二電容的第一端，第二電容c2的第二端與第三電容c3的第一端連接，同時第二電容c2的第二端和第二三極體q2的發射極連接，第一三極體q1的發射極與第二三極體q2的集電極連接，第二三極體q2的發射極與電流源i1的第一端連接，第二電壓源v2與第二電阻r2的第一端連接，第二電阻r2的第二端與第一三極體q1的基極連接，第二三極體q2的基極與電感l1的第一端連接，電感l1的第二端與第三電阻r3的第一端連接，第三電阻r3的第二端與電流源i1的第二端以及第三電容c3的第二端同時接地。該電路構成第一三極體q1與第一電容c1並聯，第二三極體q2與第二電容c2並聯，第一電流源i1與第三電容c3並聯的電路，由於三極體在高頻情況下會產生寄生電容，所以在此將第一三極體旁的寄生電容命名為第一寄生電容cb1，將第二三極體旁的寄生電容命名為第二寄生電容cb2。

本發明的改進型二級coplitts混沌電路可以改進原有電路的不足，改進型二級colpitts電路將標準型二級coplitts電路的電感轉移到第二級三極體的基極，同時在兩個三極體的基極都各自串聯上一個電阻，寄生電容在頻率很高的時候會被隔離，本發明可以消除寄生電容對地短接的這一影響。同時第三電容c3成為了電路諧振的一部分，和第一電容c1，第二電容c2串聯，使得諧振網絡的總電容大大減小，同時級聯的三極體又不會使整個電路的增益不足，從圖3與圖5的頻譜圖中看出，不僅將電路所產生的混沌信號的基本頻率從約3ghz提高到5.68ghz，而且從圖3與圖5頻譜圖比較可以看出，本發明的改進型二級coplitts混沌電路產生的混沌頻譜消除了原標準型二級coplitts電路頻譜的尖峰，頻譜更加平坦，從原理上拓寬了colpitts混沌電路的應用領域與範圍，以及應用效果。

附圖說明

圖1為現有標準型二級coplitts電路原理圖；

圖2為本發明的改進型二級coplitts混沌電路的原理圖；

圖3為現有標準型二級colpitts混沌電路的頻譜圖仿真結果；

圖4為現有標準型二級colpitts混沌電路的自相關圖仿真結果；

圖5為本發明的改進型二級colpitts混沌電路的頻譜圖仿真結果；

圖6為本發明的改進型二級colpitts混沌電路的自相關圖仿真結果。

具體實施方式

如圖2所示，改進型二級colpitts混沌電路，包括第一電壓源v1，第二電壓源v2，第一三極體q1，第二三級管q2，第一電阻r1，第二電阻r2，第三電阻r3，第一電容c1，第二電容c2，第三電容c3，電感l1和電流源i1；

其中，第一電壓源v1連接第一電阻r1的第一端，第一電阻r1的第二端連接第一電容c1的第一端，同時第一電阻r1的第二端連接第一三極體q1的集電極，第一電容c1的第二端連接第一三極體q1的發射極和第二電容的第一端，第二電容c2的第二端與第三電容c3的第一端連接，同時第二電容c2的第二端和第二三極體q2的發射極連接，第一三極體q1的發射極與第二三極體q2的集電極連接，第二三極體q2的發射極與電流源i1的第一端連接，第二電壓源v2與第二電阻r2的第一端連接，第二電阻r2的第二端與第一三極體q1的基極連接，第二三極體q2的基極與電感l1的第一端連接，電感l1的第二端與第三電阻r3的第一端連接，第三電阻r3的第二端與電流源i1的第二端以及第三電容c3的第二端同時接地。

本發明根據寄生電容在頻率很高的時候會被隔離這一原理，將電路重新設置成如圖2所示的電路圖，不僅可以消除寄生電容對地短接的這一影響，而且同時使第三電容c3成為了電路諧振的一部分，和第一電容c1，第二電容c2串聯，使得諧振網絡的總電容大大減小，同時級聯的三極體又不會使整個電路的增益不足，不僅將電路所產生的混沌信號的基本頻率從約3ghz提高到5.68ghz，而且消除了原電路產生頻譜的尖峰，頻譜更加平坦，從原理上拓寬了colpitts混沌電路的應用領域與範圍，以及應用效果。

數值仿真：根據圖2所示的電路圖，利用matlab仿真軟體平臺，對改進型二級coplitts混沌電路進行數值仿真，在進行數值仿真時舉例說明一組在實踐中使用的元器件的值，第一電壓源v1為30v，第二電壓源v2為15v，第一三極體q1與第二三極體q2均為npn型電晶體，型號均為bfg520xr，截止頻率為9ghz：第一電阻r1的阻值為2ω，第二電阻r2的阻值為2ω，第三電阻r3的阻值為2ω，第一電容c1為1pf，第二電容c2為2pf，第三電容c3為2pf，電感l1的電感量為2nh，電流源i1的值為30ma。運用matlab數值仿真軟體對歸一化後的狀態方程進行仿真，得到電容c1端點電壓的頻譜圖（圖5）和互相關圖（圖6）。為了對比電路改進前後的效果，本發明在圖3、4中列出了現有標準型二級電路c1端點電壓的頻譜圖與自相關圖。

通過數值仿真驗證理論分析：標準型二級colpitts電路（圖1）產生的頻譜圖不平坦，且多處出現尖峰，如圖3、4中的頻譜圖和自相關圖所示。而根據本發明所設計的改進型二級coplitts混沌電路（圖2），可以得出如圖5所示的頻譜圖和如圖6所示的自相關圖，從圖5、6中可看出改進型二級colpitts電路頻譜圖較為平坦，歸一化後的自相關函數也類似於衝激函數，這也表明該電路能產生基頻為5.68ghz的混沌信號，基頻可提升到三極體截止頻率的0.6倍，幾乎是原標準型二級colpitts電路的2倍。而根據文獻[1]，標準二級型colpitts電路能產生的最高基頻約為3ghz，如圖3所示。因此，本發明的改進型二級colpitts電路相比標準型二級型colpitts電路其基頻提高了約2.68ghz。

[1]a.tamasševičius,g.mykolaitis,s.bumelienė,a.čenys,a.n.anagnostopoulosande.lindberg.「two-stagechaoticcolpittsoscillator.」electronicsletters,2001，37（9）：549-551.