CN107526897A - 一种流控忆感器的等效模拟电路 - Google Patents

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王光义
吴泽炎
丘嵘
周玮
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Abstract

本发明公开了一种流控忆感器的等效模拟电路，包括集成运算放大器U1、U2、U3和乘法器A以及受控电流源L，集成运算放大器U1和受控电流源分别连接输入端（A、B），即忆感器的电压u和磁通 的测试端；集成运算放大器U1、U2、U3用于反相运算、积分运算、求和运算；集成运算放大器U1与集成运算放大器U2、乘法器A相连且乘法器的输出端和集成运算放大器U3组合实现等式方程的构建；乘法器A实现信号的相乘。本发明提供了一种电流控制的忆感器等效电路，用以模拟忆感器的韦‑安特性，替代实际忆感器进行实验和应用及研究。

Description

一种流控忆感器的等效模拟电路
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，涉及一种忆感器数学模型及其等效模拟电路，具体涉及一种实现符合忆感器磁通-电流(韦-安)关系的模拟等效电路。
背景技术
2008年5月，HP实验室宣布制造了第一个物理实现的忆阻器，同年11月定义了忆容器和忆感器两种记忆器件，它们与忆阻器的相同之处是都具有记忆能力，不同之处在于这两种器件能存储能量。这些新的记忆器件在电子领域出现，展现了一个新的未知的领域，将有可能导致一系列的变革，同时也提供了一个新的工具，可以从一个新的角度来观察旧的科学问题。
目前，相对于忆阻器，忆容器和忆感器的电路模拟研究还较少，而且大部分忆容器和忆感器的模拟器都是基于忆阻器实现的，主要原因是忆容器和忆感器的数学模型还不够完善，且物理可实现的实际忆容器尚未出现。因此，设计实现忆感器的等效模型对忆感器研究具有重要应用。目前，虽已报道了少量的忆感器电路模型，但这些数学模型和电路模型对应的是忆感器电流I与磁通的关系。而本发明提出了一种流控即电流控制的忆感器数学模型，并设计实现了该模型的等效电路，该等效电路可作为忆感器的一种仿真器，替代尚未实现的忆感器，在理论和应用研究中模拟实际忆感器器件的韦-安特性。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种实现忆感器特性的模拟电路，用以模拟忆感器的韦安特性，替代实际忆感器进行实验和应用及研究。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
本发明包括集成运算放大器U1、U2和U3，和乘法器A以及受控电流源L,集成运算放大器U1和受控电流源分别连接输入端(A、B，即忆感器的电压u和磁通的测试端)，集成运算放大器U1、U2、U3分别用于反向运算、积分运算、反相运算；集成运算放大器U1与集成运算放大器U2、乘法器A相连，集成运算放大器U3与乘法器的输出组合实现等式运算，乘法器A实现信号的相乘。
为了取得更好的性能，所述集成运算放大器U1的第1引脚与电阻R2相连后再与其第2引脚共同接入U1(t)电压源，然后第3引脚的一支路接地构成跟随器，第4引脚为VCC端，第6引脚与第7引脚之间接入一个电容然后与接地的第5引脚共同构成一个积分器，由于本模拟电路中只用到了三个运算放大器，故第8、9、10引脚都悬空，而第11引脚为VEE，第13引脚与第14引脚相连，再结合接地的第12引脚构成了反相器，且积分器的输出端与跟随器的输出端分别作为乘法器的输入端。
再进一步优选的，乘法器A的X1引脚和Y1引脚分别接跟随器与积分器的输出端，而为了实现纯增益的功能X2引脚与Y2引脚也分别接地，VS+引脚接电源VCC,VS-引脚接电源VEE，Z引脚接地。
本发明设计了一种能够实现忆感器韦安特性的模拟等效电路，该模拟电路只含3个集成运放和1个乘法器，结构简洁，本发明用集成运算电路实现忆感器特性中的相应运算，其中，集成运算放大器U1、U2主要用以实现电压的差分运算、电压积分运算、反相放大运算，模拟乘法器A用以信号的相乘，集成运算放大器U3用以实现两边的变量比较与等式的构建。
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特性的模拟电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明的理论出发点是流控忆感器韦安特性的一般表达式：
如图1所示，本实例忆感器模拟等效电路包括集成运算放大器U1、U2、U3和乘法器A，集成运算放大器用于反相运算、积分运算、求和运算；集成运算放大器U1与U2、乘法器A相连，乘法器A实现信号的相乘。集成运算放大器采用LF347N，乘法器A采用AD633JN。LF347N、AD633JN为现有技术。
如图2所示，LF347N的第5、6引脚构成积分器的输入端，忆感器的磁通量在集成运算放大器U3与乘法器A的输出端相比较。
集成运算放大器LF347N内有4个运算放大器，在本发明中只用了其中的三个，如图2所示，第1、2、3引脚对应的运算放大器与外围电阻R2构成电压跟随器，用以实现后面电压的积分，即Out1引脚的电压为：
u＝u1-u2
集成运算放大器LF347N的第12、13、14引脚与电容C1、电阻R6以及前面的跟随电路实现对流经其电流i(t)的积分电路，其输出端也就是乘法器A的X1端输入为而乘法器的另一输入端口Y1并未经过积分器故保持原样，故其输入乘法器Y1端的值仍未i(t)。
集成运算放大器LF347N的第5、6、7引脚与外围电阻R8和电容C2以及电阻R9构成了乘法器A的输入端该乘法器的另一个输入端为电流i(t),在受控电流源L与R7的作用下，集成运算放大器U3的另一端实现了磁通量的实现，故在U3两端实现了电路方程式:
为了描述的需要，令即将图2实现的电路方程式化为：
乘法器A的型号为AD633JN，X1引脚与积分器的输出Out4相连，Y1引脚与跟随器的输出Out1相连，且X2、Y2引脚都接地。
本发明提出了一种流控忆感器的数学模型：
其中Lmax和Lmin为最大和最小忆感值，系统状态量随i(t)电流的变化率量用窗函数window(x)描述,即本模型用window(x)＝1的矩形窗即k为常数，故状态变量函数表示为：
x0为初始状态，此时忆感器的初始值为LM0，将(2)代入(1)有
其中k'＝k(Lmax-Lmin)将(3)式带入忆感器的基本表达式中可得到
这与图2所推出的电路等式一样，故证明该模拟电路确实可以表达一种流控忆感器。
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)

1.一种流控忆感器的等效模拟电路，用于模拟忆感器的韦安特性，其特征在于：包括运算放大器U1、U2、U3和乘法器A，运算放大器U1和受控电流源L分别连接输入端，运算放大器U2、U3、U1分别用于积分运算、求和运算、反相运算；所述的运算放大器U1、U2、U3集成于芯片LF347N；乘法器A采用AD633JN，具体的：
所述芯片LF347N的第1引脚与电阻R2相连后再与其第2引脚的电阻R1共同接入电压源，芯片LF347N的第3引脚的一支路接地构成跟随器，芯片LF347N的第4引脚为VCC端，芯片LF347N的第6引脚与第7引脚之间接入一个电容然后与接地的第5引脚共同构成一个积分器，芯片LF347N的第8、9、10引脚都悬空，芯片LF347N的第11引脚为VEE，芯片LF347N的第13引脚与第14引脚相连，再结合接地的第12引脚构成了反相器；
所述的乘法器AD633JN的X1引脚和Y1引脚分别接跟随器与积分器的输出端，乘法器AD633JN的X2引脚与Y2也分别接地，乘法器AD633JN的VS+引脚接电源VCC, 乘法器AD633JN的VS-引脚接电源VEE，乘法器AD633JN的Z引脚接地。
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