电子电工综合实验--混沌电路

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1、电工电子综合实验论文课题名称：非线性电阻电路的应用混沌电路姓 名： 张枫霞 学 号： 【摘要】本实验研究非线性电阻的应用混沌电路。以非线性负电阻电路为基本，简朴简介了非线性负电阻混沌电路实验的原理。通过设计非线性负电阻电路和混沌电路，理解非线性电阻电路的应用和混沌电路基本原理。同步运用Multisim仿真软件模拟测定非线性负电阻的伏安特性曲线，观测不同参数条件下混沌现象。【核心词】混沌电路 Multisim 非线性电阻电路【引言】混沌是20世纪最重要的科学发现之一，被誉为是继相对论和量子力学后的第三次物理革命，它打破了拟定性与随机性之间不可逾越的分界线，将典型力学研究推动到一种崭新的时代。混沌

2、学中的混沌是指貌似无序的序，紊乱中的规律。目前混沌研究波及的领域涉及数学、物理学、生物学、化学、天文学、经济学及工程技术的众多学科，并对这些学科的发展产生了深远影响。混沌涉及的物理内容非常广泛，研究这些内容更需要比较进一步的数学理论，如微分动力学理论、拓扑学、分形几何学等等。目前混沌的研究重点已转向多维动力学系统中的混沌、量子及时空混沌、混沌的同步及控制等方面。本实验将借助非线性电阻电路，从实验上对这一现象进行一番摸索。【正文】一、 实验器材 示波器 数字电流表 运算放大器 二、 实验过程1、 实验原理 参照线路：蔡氏电路（参照马鑫金主编电工仪表与电路实验技术第九章课题三专项2的蔡氏电路）电路

3、的非线性动力学方程为： (1)式中，导纳，和分别为表达加在电容器C1和C2上的电压，表达流过电感器L的电流，G表达非线性电阻的导纳。2、 运用Multisim7仿真软件设计的实验电路设计一种满足规定的非线性电阻电路，并研究它的伏安特性（1）非线性电阻电路图1 非线性电阻电路（2）测量非线性负电阻的伏安特性曲线变化外加电源V3的值，分别测量流经非线性负电阻的电流值和非线性负电阻两端的电压值，并根据测量成果画出伏安特性曲线。图2，U=-12.2V时，浮现一种极大值，I=5.604mA 图2图3，当U=12.2V时，浮现一种极小值I=5.603mA图3根据所测得的数据列表如下：V3/VI/mAV3/

4、VI/mA-14.6-5.79814.65.681-14.4-4.70414.44.670-14.2-3.64314.23.663-14-2.631142.652-13.8-1.62513.81.641-13.6-0.61313.60.632-13.40.39613.4-0.378-13.21.40913.2-1.389-132.40213-2.391-12.83.37512.8-3.368-12.64.32412.6-4.315-12.45.19812.4-5.189-12.25.60412.2-5.603-125.53012-5.530-115.12311-5.123-104.72010-

5、4.720-94.3179-4.317-83.9108-3.910-73.5067-3.506-63.1026-3.102-52.6975-2.697-42.2924-2.292-31.8883-1.888-21.4812-1.481-10.7571-0.75700描点法作图示波器观测得到的伏安特性曲线设计一种混沌电路，并观测记录混沌现象（1）混沌电路图（2）混沌实验现象1、L1=15mH 变化R=0R=500R=1000 R=1300R=1660R=1680R=1860R=2、R7=2K 变化L=0mHL=10mHL=20mHL=21mHL=30mHL=35mHL=99999GH3、成果同步

6、用电压、电流的点测法进行描点作图，比较用两种措施测得的伏安特性曲线，可以发现两条曲线的形状在-18V至18V内基本吻合，符合设计规定，故该非线性负电阻电路可用于混沌电路。实验曲线中有如下几种特殊点：电压为0V时，电流符合理论值0A；电压在13左右和-13V左右时，电流大小浮现0A；电压分别在-12.2V和12.2V左右时，电流的数值大小浮现最大值，该两点为曲线的转折点；电压分别在-2V和2V左右时曲线斜率发生变化，故该两点也可算为曲线的转折点。将电容、的电压输入到示波器的。（1）当L1=15mH不变时，先把调到最小为0时，示波器屏上课观测到一条直线，调节至约1300，直线不断变宽，逐渐成为类似

7、椭圆的极限环。当R7=1.3K左右时浮现了一种死区，此时C1、C2两端电压几乎为零。当R7跳过该死区后，漩涡中心从一种变成两个并向中心轴两边扩展形成双吸引子。此时环状曲线在两个向外涡旋的吸引子之间不断填充与跳跃，这就是混沌研究文献中所描述的“蝴蝶”图像，也是一种奇异吸引子，它的特点是整体上的稳定性和局域上的不稳定性同步存在。再增大的值，大概超过1680时，可发现图形的漩涡中心由两个都变为一种，即形成了单漩涡吸引子。并且在1680至1700之间，R7的阻值虽然变化很小，图形也会在纵轴左右跳跃。当R7继续增大时，图形慢慢趋向于一种无规则图案。（2）当R7=2K不变时，先把L1置为0H，图中只有一条

8、与横轴重叠的线段。增大L1，线段慢慢变成单吸引子。当L1增大到21mH时，图形忽然变成双吸引子。继续增大L1，当增大到30mH时，图案变成极限双吸引子。继续增大L1图案变成极限环。继续增大L1到到很大时，图案变成类似于一平行四边形图案，当L1增大到无穷时，图案变成一条无规则折线。通过以上数据和图案发现，变化初始电路参数时，在混沌现象中电路是非周期性的，时而稳定，时而混乱，虽然浮现平衡点，但并不稳定。在抱负实验条件下观测到了不同参数条件下浮现的极限环、单吸引子、双吸引子、奇异吸引子等一系列不同的混沌现象。同步也发现了低电感参数下发现的变异稳定周期以及对称周期、死区等现象。随着混沌电路电感L值的逐

9、渐减小，混沌现象提前，边界化也越来越明显。4、成果和讨论本实验是在参照前人研究成果的基本上做的。在实验中所规定的非线性负电阻电路并不唯一，而我所选用的以两个运算放大器和六个配备电阻的形式来实现是其中最简朴的一种电路，我对其中所用的参数予以了变动，并通过使用Multisim11.0仿真软件加以调试得到了如上的波形，所得实验成果与规定基本符合。在实验的过程中在图书馆和互联网上查阅了大量的资料，对各类参数之间的关系有了一定的理解，对非线性负电阻及混沌现象的产生有了进一步的理解和结识。【结论】混沌现象体现了非周期有序性，看起来似乎是无序状态，但呈现一定的记录规律。1很小时，系统只有一种稳定的状态，随的

10、变化系统由一种稳定状态变成在两个稳定状态之间跳跃，即由一周期变为二周期，进而两个稳定状态分裂为四个稳定状态（四周期，四个解），八个稳定状态（八周期，八个解）直至分裂进入无穷周期，即为持续频谱，接着进入混沌。2无穷周期后，由于产生轨道排斥，系统浮现局部不稳定。3奇异吸引子存在奇异吸引子有一种复杂但明确的边界，这个边界保证了在整体上的稳定，在边界内部具有无穷嵌套的自相似构造，运动是混合和随机的，它对初始条件十分敏感。就目前形势而言，对混沌理论有所理解的人并不多，而事实上，混沌与人类生存环境间的关系却极其密切，混沌学的进步不仅将进一步解释那些尚未为人所知的东西，并且还孕育着一场深刻的科技革命，已波及的学科有电子、天文、气象、激光、机械、化学、生物、医学、信息经济甚至音乐艺术等。预期的混沌应用范畴波及疾病的混沌诊断与混沌医疗、混沌控制与混沌制导、混沌通信、混沌振荡以及混沌在农业生产中的应用。我们有理由相信，混沌理论及其应用研究必将促使社会生产力的巨大发展。【鸣谢】南京理工大学图书馆为本次实验提供了诸多理论资料作为参照，在此体现由衷感谢。班里的诸多同窗对于我的实验验给出了诸多珍贵的建议，在此衷心感谢。【参照文献】非线性电路与混沌 高金锋编著 科学出版社电工仪表与电路实验技术 马鑫金编著 机械工业出版社 电路 黄锦安编著 机械工业出版社