CN105389443B - 一种忆感器对数模型等效电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种忆感器对数模型及其等效电路，该电路包括集成运算放大器U1和乘法器U2，集成运算放大器U1用于实现积分运算、反向加法运算、对数运算和反向器；积分运算用于实现输入信号的积分，再通过反向加法器实现与常数的相加，相加的和输入到对数运算电路进行对数运算，再将对数运算结果输入到反相器进行取反，将取反后的信号输入到乘法器U2，乘法器U2的另一端与输入信号相连，乘法器U2用于实现信号的相乘，最终得到输出磁通量。本发明只含1个集成运放和1个乘法器，结构简单，用以模拟忆感器电流‑磁通的滞回特性，替代实际忆感器进行实验和应用及研究。

Description

一种忆感器对数模型等效电路
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，涉及一种新的忆感器等效模型及其等效电路，具体涉及一种忆感器磁通-电流关系的对数模型及其具有滞回特性的等效电路。
背景技术
蔡少棠在电阻、电容和电感的基础上提出了忆阻器的概念，2008年惠普实验室实现了忆阻器。忆阻器具有纳米尺度结构，在非遗失性存储器及人工神经网络的研究等方面具有重要意义。忆感器与忆阻器同属于记忆器件，无需外部电源即可存储信息。目前尚未实现实际的忆感器，为了对忆感器进行预先研究，设计一种忆感器数学模型及其等效电路进行实验和应用研究具有重要意义。
目前，有关忆感器的仿真模型中，主要有一次光滑曲线模型和二次光滑曲线模型，研究者主要应用这些少数的忆感器模型进行电路设计和仿真，难以拓展研究方向。已知的由硬件等效电路构成的忆感器等效电路，实现效果较差，难以模拟实际忆感器的特性。因此，一种忆感器对数模型及其等效电路具有较大的意义与价值。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种忆感器对数模型等效电路，用以模拟忆感器磁通-电流的滞回特性，作为实际忆感器的仿真器。
一种忆感器对数模型等效电路，包括集成运算放大器U1和乘法器U2，集成运算放大器U1用于实现积分运算、反向加法、对数运算和反向器；乘法器U2用于实现信号的相乘。输入电流通过U1-1的积分电路实现电流的积分，电流的积分输入到U1-2的反向加法器实现与常数的反向相加，U1-2的输出信号通过U1-3的对数运算电路进行对数运算后，输出结果再经过U1-4的反相器取反，U1-4的输出结果与输入电流共同输入乘法器U2进行乘法运算，最终得到磁通量。
优选的，所述的忆感器对数模型等效电路包括集成运算放大器U1，模拟乘法器U2，8个电路，1个电容和1个二极管。
所述的集成运算放大器U1采用LF347N，模拟乘法器U2采用AD633JN。
所述的集成运算放大器U1的第1引脚与第一电容C1的一端、第三电阻R3的一端、第八电阻R8的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第八电阻R8的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接第一电源的正极，第5引脚接地，第6引脚与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与第五电源的负极连接，第五电源的正极接地，第7引脚与第四电阻R4的另一端、第七电阻R7的一端连接，第11引脚接第二电源负极,，第12引脚接地，第13引脚与二极管D1的正极、第七电阻R7的另一端连接，第14引脚与二极管D1的负极、第五电阻R5的一端连接，第10引脚接地，地9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端连接，第8引脚与第六电阻R6的另一端连接作为U1的输出并与乘法器U2的第1引脚连接；乘法器U2的第2、4、6引脚接地，U2的第3引脚与输入端、第一电阻R1的另一端连接，第5引脚接第三电源的负极，第7引脚为磁通输出，第8引脚接第四电源的正极；第一电源的负极、第二电源的正极、第三电源的正极和第四电源的负极接地.
本发明设计了一种忆感器对数模型及其等效电路，含1个集成运放和1个乘法器，其中，集成运算放大器主要用以实现电流的积分运算、反相加法运算、对数运算和反相器，模拟乘法器用以实现对数运算电路的输出信号与电流的乘积。其结构简单，作为实际忆感器的仿真器，对忆感器的特性和应用研究具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的电路结构框图。
图2是本发明实现忆感器对数模型的等效电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
本发明提出的忆感器对数模型的等效电路的一般表达式：
φ＝k ln(α+βq)·i(k＞0,α＞0,β＞0)
式中φ表示磁通，k、α、β均为常数，i表示电流、q表示电流的积分。
如图1所示，忆感器对数模型的等效电路包括集成运算放大器U1和乘法器U2，U1采用LF347N，U2采用AD633JN。集成运算放大器U1用于实现积分运算(U1-1)、反向加法运算(U1-2)、对数运算(U1-3)和反向器(U1-4)；乘法器U2实现两个信号的乘法。
如图2所示，输入信号i经第一电阻R1进入由集成运算放大器U1的引脚1、引脚2、引脚3与第一电阻R1、第八R8，第一电容C1组成的积分电路，得到电流的积分，即U1引脚1的电压：
uo1输入到由U1的引脚5、引脚6、引脚7与第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4组成的反向加法器，施加-5V电源，得U1引脚7的电压：
令则u7＝a+bq。u7输入到由U1的引脚12、引脚13、引脚14和二极管D1，第七电阻R7组成的对数运算电路，得U1引脚14的电压：
u14输入到由U1的引脚8、引脚9、引脚10和第五电阻R5、第六电阻R6构成的反相器，得U1引脚8的电压：
u8与i输入到乘法器U2，得输出端W引脚的电压：
UT为热电压，常温下为常数，令uw＝φ，则忆感器的磁通-电流特性为：
φ＝k ln(α+βq)·i
所述的集成运算放大器U1的第1引脚与第一电容C1的一端、第三电阻R3的一端、第八电阻R8的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第八电阻R8的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接第一电源的正极，第5引脚接地，第6引脚与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与第五电源的负极连接，第五电源的正极接地，第7引脚与第四电阻R4的另一端、第七电阻R7的一端连接，第11引脚接第二电源负极,，第12引脚接地，第13引脚与二极管D1的正极、第七电阻R7的另一端连接，第14引脚与二极管D1的负极、第五电阻R5的一端连接，第10引脚接地，地9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端连接，第8引脚与第六电阻R6的另一端连接作为U1的输出并与乘法器U2的第1引脚连接；乘法器U2的第2、4、6引脚接地，U2的第3引脚与输入端、第一电阻R1的另一端连接，第5引脚接第三电源的负极，第7引脚为磁通输出，第8引脚接第四电源的正极；第一电源的负极、第二电源的正极、第三电源的正极和第四电源的负极接地。
本领域的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来验证本发明，而并非作为对本发明的限定，只要是在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种忆感器对数模型等效电路，包括集成运算放大器U1和乘法器U2，其特征在于：集成运算放大器U1用于实现积分运算、反向加法、对数运算和反向器；乘法器U2用于实现信号的相乘；输入电流通过U1-1的积分电路实现电流的积分，电流的积分输入到U1-2的反向加法器实现与常数的反向相加，U1-2的输出信号通过U1-3的对数运算电路进行对数运算后，输出结果再经过U1-4的反相器取反，U1-4的输出结果与输入电流共同输入乘法器U2进行乘法运算，最终得到磁通量；
所述的集成运算放大器U1采用LF347N，模拟乘法器U2采用AD633JN；
所述的集成运算放大器U1的第1引脚与第一电容C1的一端、第三电阻R3的一端、第八电阻R8的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第八电阻R8的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接第一电源的正极，第5引脚接地，第6引脚与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与第五电源的负极连接，第五电源的正极接地，第7引脚与第四电阻R4的另一端、第七电阻R7的一端连接，第11引脚接第二电源负极,第12引脚接地，第13引脚与二极管D1的正极、第七电阻R7的另一端连接，第14引脚与二极管D1的负极、第五电阻R5的一端连接，第10引脚接地，第9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端连接，第8引脚与第六电阻R6的另一端连接作为U1的输出并与乘法器U2的第1引脚连接；乘法器U2的第2、4、6引脚接地，U2的第3引脚与输入端、第一电阻R1的另一端连接，第5引脚接第三电源的负极，第7引脚为磁通输出，第8引脚接第四电源的正极；第一电源的负极、第二电源的正极、第三电源的正极和第四电源的负极接地。
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