CN105373677B - 一种磁控忆容器等效电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控忆容器等效电路，忆容器两端的电压uAB由第一集成运算放大器U1采集得到，经过U1的积分器得到忆容器内部磁通量信号的电压值φAB，然后经过集成电路第一乘法器U2、第二乘法器U3和第二集成运算放大器U4能够反映磁控忆容器电荷信号的电压值。第一集成运算放大器U1和第二集成运算放大器U4实现了电压跟随器、减法器、反相放大器、积分器的功能，第一乘法器U2和第二乘法器U3实现了乘法器功能，当输入正弦激励信号时，可以用示波器观察其特性，电压信号与电荷信号的电压值之间满足“8”字形的紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。

Description

一种磁控忆容器等效电路
技术领域
本发明专利属于电路设计技术领域，涉及一种磁控忆容器等效电路，特别涉及一种二端口网络的磁控忆容器模拟电路模型，满足电压信号与电荷信号的电压值之间“8”字形的紧致滞回曲线特性。
背景技术
蔡少棠1971根据变量间的数理关系，提出了忆阻器的存在，用来表示电荷q和磁通φ之间的关系。2008年，惠普实验室在研究二氧化钛薄膜时发现了忆阻器的存在，并在《Nature》上进行了报道，掀起了关于忆阻器的研究热潮。忆阻器由于一直没有商用的实际器件，在研究过程中除了进行理论分析外，许多研究还设计了忆阻器电路模型用于其基本特性的研究，以及在非线性电路中应用的研究。2009年蔡少棠等人在忆阻器的基础上推广了记忆器件的定义，提出了忆容器和忆感器的概念。忆容器是表征电荷与电压之间关系的记忆器件，其当前状态依赖于其系统的过去状态，且其状态在断电之后可以进行保持，其基本特性就是电压信号与电荷信号的关系相图为“8”字形的紧致滞回曲线。为此，本发明专利实现了一个磁控的忆容器等效电路模型，此电路模型利用运算放大器将模型两端的电压值进行采集，然后经过积分器获得磁通量的电压值，将不易测量的磁通和电荷都通过电压值的方式表示，具有结构清晰，易于实验测量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明专利提出了一种新型的磁控忆容器等效电路模型，该忆容器等效电路模型完整的描述了磁控忆容器的基本定义式忆容器两端的电压uAB由第一集成运算放大器U1采集得到，经过U1的积分器得到忆容器内部磁通量信号的电压值φAB，然后经过集成电路第一乘法器U2、第二乘法器U3和第二集成运算放大器U4能够反映磁控忆容器电荷信号的电压值。第一集成运算放大器U1和第二集成运算放大器U4实现了电压跟随器、减法器、反相放大器、积分器的功能，第一乘法器U2和第二乘法器U3实现了乘法器功能，当输入正弦激励信号时，可以用示波器观察其特性，电压信号与电荷信号的电压值之间满足“8”字形的紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。
所述第一集成运算放大器U1的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；第3引脚接输入端口A，第2引脚与U1的第1引脚、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端连接，第5引脚与第二电阻R2的一端、第一电阻R1的另一端连接，第6引脚与第四电阻R4的一端、第三电阻R3的一端连接，第7引脚与第四电阻R4的另一端、第五电阻R5、第二乘法器U3的3脚、第十一电阻R11的一端连接；第8引脚与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端连接，第9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端连接；第13引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第二电容C2的一端连接，第14引脚与第八电阻R8的另一端、第二电容C2的另一端、第一乘法器U2的1脚、第一乘法器U2的3脚连接；第二电阻R2的另一端与+12V电源的负极连接并接地；-12V电源的正极接地；第一集成运算放大器U1的型号为LF347BD；
第一乘法器U2的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源；第7引脚接第二乘法器U3的第1引脚；
所述的第一乘法器U2的型号为AD633JN；
所述第二乘法器U3的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源，第7引脚与第九电阻R9的一端连接；
所述的第三乘法器U3的型号为AD633JN；
所述第二集成运算放大器U4的第3引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；第1引脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，第2引脚与第九电阻R9的另一端、第十电阻R10的另一端连接，第5引脚与第十一电阻R11的另一端连接，第6引脚与第十二电阻R12的另一端、第十三电阻R13的一端连接，第7引脚与第十三电阻R13的另一端、第一电容C1的另一端、第三电阻R3的另一端连接并作为输出端；第8引脚、第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚架空
集成运算放大器U4的型号为LF347BD；
本发明专利构造了一个磁控忆容器等效电路模型，该电路模型利用运算放大器和乘法器等器件构建了满足磁控忆容器特性的电路模型，可应用于忆容器基础电路特性的研究，以及忆容器非线性电路的研究，比如构建忆容器混沌电路等。根据磁控忆容器的数学定义式设计了磁控忆容器二端口模拟电路模型，集成电路U1和U4实现了电压跟随器、减法器、反相放大器、积分器等功能，集成电路U2和U3实现了乘法器功能，当输入正弦激励信号时，可以用示波器观察其特性，电压信号与电荷信号的电压值之间满足“8”字形的紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。该电路结构清晰，易于分析测量，可进行忆容器在基础电路中特性的研究，以及在非线性电路中的应用。
附图说明
图1是本发明专利的结构图。
图2是本发明专利的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实例对本发明专利作更进一步的详细说明。
本发明专利设计的磁控忆容器定义式为其中α、β为系数，本模型试验α＝0.1，β＝50能够获得良好的紧致滞回曲线特性。
如图1、图2所示，输入端口A连接的第一个运算放大器的功能为电压跟随器，用于屏蔽外部端口电流影响，只获取端口电压值uA。即运算放大器U1第5引脚的电压值为uA，运算放大器U1与电阻R1、R2、R3、R4共同构成了差分输入求和电路实现减法运算，运算放大器U1同向输入端电压值u+，反相输入端电压值为u-，输出端电压值为uo。根据虚断，i+≈i-≈0，利用叠加原理可求得反相端的电位势为
同向输入端的电位势为
根据虚短，u+＝u-，有
因为R1＝R3＝10K，R2＝R4＝1K，整理上式得
运算放大器U1第7引脚的电位势为经过U1的反相放大器，由于R6＝100K，R5＝10K，得到运算放大器U1第8引脚的电位势为
经过运算放大器U1的积分电路，由于R7＝10K，C2＝10uf，所以运算放大器U1的第14引脚的电位势为
然后运算放大器U1的第14引脚连接乘法器U2的第1引脚和第3引脚，由于AD633乘法器为两信号相乘后的0.1倍，得到乘法器U2的第7引脚的电位势为
然后乘法器U3的第1引脚连接乘法器U2的第7引脚，U3的第3引脚连接运算放大器U1的第7引脚，所以U3的第7引脚的电位势为
然后乘法器U3的第7引脚连接运算放大器U4的反相放大器，由于R9＝10K，R10＝50K，此时U4的第一引脚的电位势为
然后运算放大器U4的第5脚同相输入端的电位势为U4的第6引脚反相输入端的电位势为由于R11＝10K，R12＝10K，所以U4的第7引脚的电位势为
B端的电位势的数学值表示了磁控忆容器的电荷值，其变化情况是随两端电压uAB、的变化而变化的。
所述第一集成运算放大器U1的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；第3引脚接输入端口A，第2引脚与U1的第1引脚、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端连接，第5引脚与第二电阻R2的一端、第一电阻R1的另一端连接，第6引脚与第四电阻R4的一端、第三电阻R3的一端连接，第7引脚与第四电阻R4的另一端、第五电阻R5、第二乘法器U3的3脚、第十一电阻R11的一端连接；第8引脚与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端连接，第9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端连接；第13引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第二电容C2的一端连接，第14引脚与第八电阻R8的另一端、第二电容C2的另一端、第一乘法器U2的1脚、第一乘法器U2的3脚连接；第二电阻R2的另一端与+12V电源的负极连接并接地；-12V电源的正极接地；第一集成运算放大器U1的型号为LF347BD；
第一乘法器U2的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源；第7引脚接第二乘法器U3的第1引脚；
所述的第一乘法器U2的型号为AD633JN；
所述第二乘法器U3的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源，第7引脚与第九电阻R9的一端连接；
所述的第三乘法器U3的型号为AD633JN；
所述集成运算放大器U4的第3引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；第1引脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，第2引脚与第九电阻R9的另一端、第十电阻R10的另一端连接，第5引脚与第十一电阻R11的另一端连接，第6引脚与第十二电阻R12的另一端、第十三电阻R13的一端连接，第7引脚与第十三电阻R13的另一端、第一电容C1的另一端、第三电阻R3的另一端连接并作为输出端；第8引脚、第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚架空
所述集成运算放大器U4的型号为LF347BD；
当然，上述说明并非对发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种磁控忆容器等效电路，包括第一集成运算放大器U1、第二集成运算放大器U4、第一乘法器U2、第二乘法器U3、十三个电阻和两个电容；其特征在于：第一集成运算放大器U1的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；第3引脚接输入端口A，第2引脚与U1的第1引脚、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端连接，第5引脚与第二电阻R2的一端、第一电阻R1的另一端连接，第6引脚与第四电阻R4的一端、第三电阻R3的一端连接，第7引脚与第四电阻R4的另一端、第五电阻R5、第二乘法器U3的3脚、第十一电阻R11的一端连接；第8引脚与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端连接，第9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端连接；第13引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第二电容C2的一端连接，第14引脚与第八电阻R8的另一端、第二电容C2的另一端、第一乘法器U2的1脚、第一乘法器U2的3脚连接；第二电阻R2的另一端与+12V电源的负极连接并接地；-12V电源的正极接地；第一集成运算放大器U1的型号为LF347BD；
第一乘法器U2的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源；第7引脚接第二乘法器U3的第1引脚；
所述的第一乘法器U2的型号为AD633JN；
所述第二乘法器U3的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源，第7引脚与第九电阻R9的一端连接；
所述的第二乘法器U3的型号为AD633JN；
所述第二集成运算放大器U4的第3引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；第1引脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，第2引脚与第九电阻R9的另一端、第十电阻R10的另一端连接，第5引脚与第十一电阻R11的另一端连接，第6引脚与第十二电阻R12的另一端、第十三电阻R13的一端连接，第7引脚与第十三电阻R13的另一端、第一电容C1的另一端、第三电阻R3的另一端连接并作为输出端；第8引脚、第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚架空；
集成运算放大器U4的型号为LF347BD。
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