CN108763789B - 基于忆容器的回转忆感器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于忆容器的回转忆感器电路。电路由两个集成运放、电阻和一个忆容器构成。其中集成运放以及电阻构成了电感回转器，回转器起到将容性负载转换为感性负载的功能，当从该电路输入端看去时，电路呈现电感特性。本发明电路结构简单，仅仅包括回转电路以及忆容器两部分，忆感值继承了忆容值变化的特点，同样具有记忆功能，且记忆功能会随着信号频率的变化而变化，完全符合记忆器件的特性。

Description

基于忆容器的回转忆感器电路
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，涉及一种忆感器等效电路，满足忆感器电流与磁通间紧致滞回曲线特性。
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
Figure BDA0001682043750000011
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。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。和忆阻器相似，忆感器也是一种表征磁通与电流之间关系新型无源电子元件，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，其基本特性就是磁通与电流的关系相图为“8”字形的紧致滞回曲线。记忆器件被大量应用于数字逻辑电路、人工神经网络、混沌电路等方面的研究中，然而实际研究中还不能使用真实的记忆器件，所以记忆器件的仿真电路搭建对于相关研究至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明利用回转电路将容性负载回转成感性负载的特性，在回转电路的负载端接入忆容器，实现了忆容器到忆感器之间的转化，从而搭建出基于忆容器回转忆感器电路。
本发明设计了一种基于忆容器的回转忆感器等效电路。电路包含两个集成运放、若干电阻以及一个忆容器等效模型。其中集成运放以及电阻构成了电感回转器，回转器起到将容性负载转换为感性负载的功能，当从该电路输入端看去时，电路呈现电感特性。其中回转器具体电路连接关系如下：
回转器电路采用两级运算放大器，其中一级运算放大器的正向输入端分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一端和第三电阻的一端，第一电阻的另一端接一级运算放大器的输出端，第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端为回转忆感器电路的一个信号端，回转忆感器电路的另一个信号端接地；一级运算放大器的负向输入端通过第四电阻与一级运算放大器的输出端连接，同时一级运算放大器的负向输入端与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端分别连接二级运算放大器的正向输入端、第六电阻的一端和忆容器的一端，第六电阻的另一端接二级运算放大器的输出端，二级运算放大器的输出端还通过第七电阻与二级运算放大器的负向输入端连接，二级运算放大器的负向输入端还与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端、忆容器的另一端接地，所述的第一电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻的阻值均为51欧姆，第二电阻、第五电阻、第八电阻的阻值均为1000欧姆，第三电阻的阻值为2000欧姆。
忆容器模型作为回转器的负载，使用的忆容器模型为压控型忆容器，其数学模型为：
Figure BDA0001682043750000021
本发明使用的忆容器数学模型为：
Figure BDA0001682043750000022
即忆容：
Figure BDA0001682043750000023
综合回转器电路特性以及负载忆容器忆容值，经计算得此回转忆感器电路的等效忆感值为：
LM＝R2CM
本发明的有益效果：该回转忆感器电路结构简单，仅仅包括回转电路以及忆容器两部分，其中第一部分回转电路采用了两个集成运算放大器和若干电阻，利用集成运放的虚短虚断的特性，实现回转电路负载端口和输入端口之间的阻抗转换，在负载端接入容性器件时，通过这个阻抗变换器，输入端呈现电感特性。第二部分忆容器模型根据HP忆阻器数学模型形式推导得出。由实际器件的数学模型推导出的忆容器模型更具现实意义。由以上两部分组成的电路实现了忆容到忆感的转化，其中
Figure BDA0001682043750000024
忆感值继承了忆容值变化的特点，同样具有记忆功能，且记忆功能会随着信号频率的变化而变化，完全符合记忆器件的特性。在记忆器件应用在仿真、分析等方面研究中，此电路提供了一种新的等效器件。
附图说明
图1是回转器端口示意图。
图2是回转忆感器的等效电路框图。
图3是回转忆感器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本电路作更进一步的详细说明。
如图1和图2所示，回转忆感器包括回转器电路和忆容器两部分。回转器是一种有源非互易的新型二端口网络原件，特性表现为它能将2-2’端口的电压(电流)“回转”为1-1’端口上的电流(电压)，可以把2-2’端口的电容回转为1-1’端口的电感。端口量之间的关系为：
Figure BDA0001682043750000031
回转系数g具有电导的量纲。
本回转忆感器的回转器电路采用两级理想运算放大器组成。图3电路中电阻r＝2kΩ(第三电阻)、R0＝51Ω(第一电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻)、R＝1kΩ(第二电阻、第五电阻、第八电阻)。根据理想运算放大器“虚短”、“虚断”原理可列出两个集成运放同相输入端和反相输入端的电压电流公式分别为：
Figure BDA0001682043750000032
设两个集成运放的输出电压分别为Uo1、Uo2，回转器的1-1’端口电压电流分别为U1、I1，2-2’端口的电压电流分别为U2、I2，根据电路原理知识可列各节点电压电流方程组：
Figure BDA0001682043750000041
Figure BDA0001682043750000042
解上述方程组，得：
Figure BDA0001682043750000043
(其中R＝1KΩ)
回转电感的另一个组成部分为一个忆容器，该忆容器模型是荷控忆容器的形式。该忆容器数学模型是根据HP忆阻器的忆阻数学模型推导得出的。HP忆阻器的数学模型为：
Figure BDA0001682043750000044
Figure BDA0001682043750000045
由此可得忆阻：
Figure BDA0001682043750000046
Figure BDA0001682043750000047
其中，a＝ROFF,b＝(ROFF-RON)μvRON/D2。类比压控忆容器模型以及上述HP忆阻器忆阻表达式可得出忆容器的一种数学模型：
Figure BDA0001682043750000048
即忆容值为：
Figure BDA0001682043750000049
回转忆感器是由上述回转器电路和忆容器两部分组成。回转器的负载端接入阻抗ZL，则输入阻抗为：
Figure BDA00016820437500000410
所以当该回转器的负载是一个忆容器时，回转器电路的输入阻抗为：
Figure BDA0001682043750000051
在回转器的2-2’端接一个电容元件，在1-1’端看入时，整个电路可以等效为一个电感元件，等效电感为：L＝C/g2＝CR2。现在回转器的输出2-2’端口接入忆容器，从1-1’端看入时，整个电路的等效忆感值为：
Figure BDA0001682043750000052
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 (2)

1.基于忆容器的回转忆感器电路，其特征在于：包括集成运算放大构成的回转器电路和忆容器，由回转器电路将容性负载回转成感性负载的特性，在回转器电路负载端接入忆容器，从输入端口看进去，整个电路呈现出忆感特性；
所述的回转器电路采用两级运算放大器，其中一级运算放大器的正向输入端分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一端和第三电阻的一端，第一电阻的另一端接一级运算放大器的输出端，第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端为回转忆感器电路的一个信号端，回转忆感器电路的另一个信号端接地；一级运算放大器的负向输入端通过第四电阻与一级运算放大器的输出端连接，同时一级运算放大器的负向输入端与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端分别连接二级运算放大器的正向输入端、第六电阻的一端和忆容器的一端，第六电阻的另一端接二级运算放大器的输出端，二级运算放大器的输出端还通过第七电阻与二级运算放大器的负向输入端连接，二级运算放大器的负向输入端还与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端、忆容器的另一端接地，所述的第一电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻的阻值均为51欧姆，第二电阻、第五电阻、第八电阻的阻值均为1000欧姆，第三电阻的阻值为2000欧姆。
2.根据权利要求1所述的回转忆感器电路，其特征在于：所述的忆容器为压控忆容器。
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