忆阻器模型电路设计与忆阻器混沌电路研究

摘要

1971年华裔科学家蔡少棠提出了一种除电阻、电容和电感之外的第四种基本电子器件忆阻器，并给出了忆阻器的定义以及相关电路学理论，但由于科学技术的限制，一直没有制作出忆阻器实物器件，直到37年后，纳米形态下的忆阻器才由惠普实验室制作出来，随后吸引了众多科学家对忆阻器的研究。忆阻器是一种纳米尺寸器件，将忆阻器应用于实际电路设计存在技术难度大、成本高等系列问题，因此设计一种忆阻器模拟等效电路，这对分析和研究忆阻器电学特性及其在具体工程中的应用具有重要意义。
　　忆阻器阻值会随输入激励信号源的变化而呈非线性改变，是一种典型的非线性器件，因此是构建混沌和超混沌系统的理想元件，并且忆阻器混沌系统以其对系统参数、初始条件的极端敏感性和混沌特性丰富等优势将广泛应用于信息加密和混沌保密通信等众多领域。本文的工作重点集中在忆阻器模拟等效电路的设计及忆阻器混沌电路在保密通信中的应用研究，主要研究工作如下：
　　(1)根据磁控忆阻器电学特性，设计了一类磁控忆阻器模拟等效电路，经Pspice仿真验证，该等效电路能很好地模拟磁控忆阻器的电学特性，并且提出的等效电路结构简单，硬件容易实现，非常适合在实验环境中分析和研究忆阻器，同时该等效电路能应用于实际忆阻器混沌电路的仿真。
　　(2)在蔡氏电路的基础上利用磁控忆阻器设计了一类四阶忆阻器混沌电路，采用基本的动力学分析手段研究了其动力学特性，为验证所设计电路的混沌特性，利用忆阻器模拟等效电路和基本电子元器件实现了电路仿真，仿真结果验证了电路的混沌特性并证实了所设计电路的正确性。
　　(3)给出了一种基于混沌加密通信的保密方案，设计了一种基于忆阻器的四阶混沌同步系统，利用驱动响应同步法对系统进行控制。通过数值仿真分析得出，该设计可以实现驱动端和接收端的信号同步，最后利用该同步系统实现了对正弦信号的简单加密和解密，因此该系统可以很好地应用于通信加密系统。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的结构和研究内容

第二章 忆阻器

2.1 定义

2.2 工作原理

2.3 电路特性

2.4 典型应用

2.5 本章小结

第三章 忆阻器模型分析及电路设计

3.1 忆阻器模型研究现状

3.2 忆阻器模型

3.3 忆阻器模型电路设计及仿真

3.4 本章小结

第四章 忆阻混沌电路研究

4.1 混沌的特征

4.2 四阶忆阻器混沌电路的设计

4.3 惠普忆阻器混沌电路设计及实现

4.4 本章小结

第五章 忆阻混沌系统及同步分析

5.1 混沌保密通信方案设计

5.2 荷控忆阻混沌电路及同步分析

5.3 忆阻混沌系统的自适应同步

5.4 保密通信方案

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间发表的论文和参与的科研项目