CN109885858A - 一种二次曲线忆感器等效模拟电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次曲线忆感器等效模拟电路，属于电路设计技术领域，本发明设计了一种能够实现忆感器伏安特性的模拟等效电路，其利用模拟电路实现忆感器伏安特性，具体实现了一种二次曲线忆感器伏安特性，利用集成运算电路实现忆感器特性中的相应运算，该模拟电路含7个运算放大器和1个乘法器，集成运算放大器主要用以实现电压跟随、反相积分和反相比例运算，乘法器用以实现两个输入信号的乘积；结构简单，在目前及将来无法获得纳米级单个孤立忆感器器件的情况下，可代替实际忆感器实现与忆感器相关的电路设计、实验及应用，对忆感器的特性和应用研究具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种二次曲线忆感器等效模拟电路。
背景技术
早在1971年Chua就提出了忆阻器的概念，直到2008年HP实验室利用纳米技术物理实现了忆阻器，之后忆阻器在许多领域得到了广泛的应用。随着忆阻器的物理实现，Ventra等进一步拓宽了记忆元件的范围，提出了两种新型记忆元件的概念：忆容器和忆感器。忆感器是在忆阻器基础上定义的一种新型具有记忆功能的电路元件，其最大的优点是无需提供电源即可存储信息，可应用于非遗失性存储及学习、适应和自发行为的仿真等领域。目前对于忆感器的研究相对较少，主要原因是相对于忆阻器而言忆感器的实际物理器件尚未实现，其数学模型和电路模型还不够完善，对他们在非线性电路中的特性的了解还不多。于是可以通过搭建忆感器的等效模拟电路来实现忆感器的功能与特性，并对其进行进一步的研究。所以，忆感器的等效模拟电路对未来忆感器的发展起着重要的作用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种二次曲线忆感器等效模拟电路，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种二次曲线忆感器等效模拟电路，包括电阻网络、电压跟随器U1、反相积分器、反相比例器和乘法器UA1；
电阻网络的一端连接输入端，另一端与反向比例器U7的输出相连接；
电压跟随器，被配置为用于实现输出电压与输入电压相等；
反相积分器，被配置为用于实现对输入电压进行积分运算；包括第一反相积分器U2和第二反相积分器U3；第一反相积分器U2和第二反相积分器U3通过线路连接；
反相比例器，被配置为用于实现输出电压与输入电压是比例运算关系并且成反相；包括第一反相比例器U4、第二反相比例器U5、第三反相比例器U6和第四反相比例器U7；
乘法器UA1，被配置为用于实现两个输入信号的相乘；
该等效模拟电路包括四个闭环电路，其中，电阻网络、电压跟随器U1、第三反相比例器U6、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第一闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、第二反相比例器U5、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第二闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、乘法器UA1、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第三闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、第二反相积分器U3、第一反相比例器U4、乘法器UA1、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第四闭环电路。
优选地，电阻网络包括第一电阻R25，第一电阻R25的一端连接输入端，该端也与电压跟随器U1的一端连接，第一电阻R25的另一端通过线路连接至第四反相比例器U7的一端。
优选地，电压跟随器U1采用OP07CP，其引脚连接方式如下：电压跟随器U1的第2引脚与其第6引脚短接，其第3引脚接输入端，其第4引脚接电源VEE，其第6引脚通过第二电阻R16与第一反相积分器U2的第2引脚相连接，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空。
优选地，第一反相积分器U2和第二反相积分器U3均采用OP07CP；
第一反相积分器U2的引脚连接方式如下：第一反相积分器U2的第2引脚通过第二电阻R17与第一C3构成的并联电路与其第6引脚相连接，其第3引脚接地，其第6引脚通过第三电阻R18与反相积分器U3的第2引脚相连接，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空；
第二反相积分器U3的引脚连接方式如下：第二反相积分器U3的第2引脚通过第二电容C4与其第6引脚相连接，其第3引脚接地，其第6引脚通过第四电阻R19与反相比例器U4的第2引脚相连接，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空。
优选地，第一反相比例器U4、第二反相比例器U5、第三反相比例器U6和第四反相比例器U7均采用OP07CP；
第一反相比例器U4的引脚连接方式如下：第一反相比例器U4的第2引脚通过第五电阻R20与其第6引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空；
第二反相比例器U5的引脚连接方式如下：第二反相比例器U5的第2引脚通过第六电阻R29与其第6引脚相连接，其第2引脚还通过第七电阻R26与第一反相积分器U2的第6引脚相连接，其第6引脚通过第八电阻R22与第四反相比例器U7的第2引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空；
第三反相比例器U6的引脚连接方式如下：第三反相比例器U6的第2引脚通过第九电阻R28与其第6引脚相连接，其第2引脚还通过第十电阻R27与电压跟随器U1的第6引脚相连接，其第6引脚通过第十一电阻R23与第四反相比例器U7的第2引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，第1、5和8引脚悬空；
第四反相比例器U7的引脚连接方式如下：第四反相比例器U7的第2引脚通过第十二电阻R24与其第6引脚相连接，其第6引脚通过第十三电阻R25与电压跟随器U1的第3引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空。
优选地，乘法器UA1采用AD633JN，其引脚连接方式如下：乘法器UA1的X1引脚与第一反相比例器U4的第6引脚相连接，其Y1引脚与第一反相积分器U2的第6引脚相连接，其X2引脚和Y2引脚接地，其V+引脚接电源VCC，同时通过第三电容C41与地相连接，其V-引脚接电源VEE，同时通过第四电容C42与地相连接，其Z引脚接地，其W引脚通过滑动变阻器R21与第四反向比例器U7的第2引脚相连接。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明设计了一种能够实现忆感器伏安特性的模拟等效电路，其利用模拟电路实现忆感器伏安特性，具体实现了忆感器伏安特性，利用集成运算电路实现忆感器特性中的相应运算，该模拟电路含7个运算放大器和1个乘法器，集成运算放大器主要用以实现电压跟随、反相积分和反相比例运算，乘法器用以实现两个输入信号的乘积；结构简单，在目前及将来无法获得纳米级单个孤立忆感器器件的情况下，可代替实际忆感器实现与忆感器相关的电路设计、实验及应用，对忆感器的特性和应用研究具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的电路结构框图。
图2是本发明忆感器等效模拟电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明的理论出发点是忆感器伏安特性的一般表达式：
如图1所示，一种二次曲线忆感器等效模拟电路，包括电阻网络、电压跟随器U1、反相积分器、反相比例器和乘法器UA1；
电阻网络的一端连接输入端，另一端与反向比例器U7的输出相连接；
电压跟随器，被配置为用于实现输出电压与输入电压相等；
反相积分器，被配置为用于实现对输入电压进行积分运算；包括第一反相积分器U2和第二反相积分器U3；第一反相积分器U2和第二反相积分器U3通过线路连接；
反相比例器，被配置为用于实现输出电压与输入电压是比例运算关系并且成反相；包括第一反相比例器U4、第二反相比例器U5、第三反相比例器U6和第四反相比例器U7；
乘法器UA1，被配置为用于实现两个输入信号的相乘；
该等效模拟电路包括四个闭环电路，其中，电阻网络、电压跟随器U1、第三反相比例器U6、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第一闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、第二反相比例器U5、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第二闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、乘法器UA1、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第三闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、第二反相积分器U3、第一反相比例器U4、乘法器UA1、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第四闭环电路。
如图2所示，电阻网络包括第一电阻R25，第一电阻R25的一端连接输入端，同时该端还与电压跟随器U1的第3引脚相连，另一端与第四反向比例器U7的第6引脚相连，设流经第一电阻R25的电流为iL(i)，第四反向比例器U7的第6引脚输出电压为vout，输入端电压为v，则
电压跟随器U1用以实现输入电压v的无电流、无衰减传输，即电压跟随器U1的第6引脚电压v16与第3引脚电压v13相等。
v16＝v13 (3)；
第一反相积分器U2用于实现对输入电压的积分，定义第一反相积分器U2第6引脚的输出为则
第二反相积分器U3用于实现对输入电压的积分，定义第二反相积分器U3第6引脚的输出为ρ则
第一反相比例器U4的作用是实现输出电压与输入电压是比例运算关系，并且成反相，则第一反相比例器U4的第6引脚电压v46为：
第二反相比例器U5的作用是实现输出电压是输入电压的相反数，其中R29＝R26，则其第6引脚的输出电压v56为：
第三反相比例器U6的作用是实现输出电压是输入电压的相反数，其中R27＝R28，则其第6引脚的输出电压v66为：
乘法器UA1用以实现两个输入信号的相乘，其w引脚的输出v1w为：
第四反相比例器U7的作用是实现输出电压与输入电压是比例运算关系，并且成反相，定义第四反相比例器U7的第6引脚输出电压为vout，则
由于R23＝R24电阻R25两端的伏安特性为：
综上所述
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的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，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种二次曲线忆感器等效模拟电路，其特征在于：包括电阻网络、电压跟随器U1、反相积分器、反相比例器和乘法器UA1；
电阻网络的一端连接输入端，另一端与反向比例器U7的输出相连接；
电压跟随器，被配置为用于实现输出电压与输入电压相等；
反相积分器，被配置为用于实现对输入电压进行积分运算；包括第一反相积分器U2和第二反相积分器U3；第一反相积分器U2和第二反相积分器U3通过线路连接；
反相比例器，被配置为用于实现输出电压与输入电压是比例运算关系并且成反相；包括第一反相比例器U4、第二反相比例器U5、第三反相比例器U6和第四反相比例器U7；
乘法器UA1，被配置为用于实现两个输入信号的相乘；
该等效模拟电路包括四个闭环电路，其中，电阻网络、电压跟随器U1、第三反相比例器U6、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第一闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、第二反相比例器U5、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第二闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、乘法器UA1、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第三闭环电路；电阻网络、电压跟随器U1、第一反相积分器U2、第二反相积分器U3、第一反相比例器U4、乘法器UA1、第四反相比例器U7通过线路依次连接组成第四闭环电路。
2.根据权利要求1所述的二次曲线忆感器等效模拟电路，其特征在于：电阻网络包括第一电阻R25，第一电阻R25的一端连接输入端，该端也与电压跟随器U1的一端连接，第一电阻R25的另一端通过线路连接至第四反相比例器U7的一端。
3.根据权利要求1所述的二次曲线忆感器等效模拟电路，其特征在于：电压跟随器U1采用OP07CP，其引脚连接方式如下：电压跟随器U1的第2引脚与其第6引脚短接，其第3引脚接输入端，其第4引脚接电源VEE，其第6引脚通过第二电阻R16与第一反相积分器U2的第2引脚相连接，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空。
4.根据权利要求1所述的二次曲线忆感器等效模拟电路，其特征在于：第一反相积分器U2和第二反相积分器U3均采用OP07CP；
第一反相积分器U2的引脚连接方式如下：第一反相积分器U2的第2引脚通过第二电阻R17与第一C3构成的并联电路与其第6引脚相连接，其第3引脚接地，其第6引脚通过第三电阻R18与反相积分器U3的第2引脚相连接，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空；
第二反相积分器U3的引脚连接方式如下：第二反相积分器U3的第2引脚通过第二电容C4与其第6引脚相连接，其第3引脚接地，其第6引脚通过第四电阻R19与反相比例器U4的第2引脚相连接，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空。
5.根据权利要求1所述的二次曲线忆感器等效模拟电路，其特征在于：第一反相比例器U4、第二反相比例器U5、第三反相比例器U6和第四反相比例器U7均采用OP07CP；
第一反相比例器U4的引脚连接方式如下：第一反相比例器U4的第2引脚通过第五电阻R20与其第6引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空；
第二反相比例器U5的引脚连接方式如下：第二反相比例器U5的第2引脚通过第六电阻R29与其第6引脚相连接，其第2引脚还通过第七电阻R26与第一反相积分器U2的第6引脚相连接，其第6引脚通过第八电阻R22与第四反相比例器U7的第2引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空；
第三反相比例器U6的引脚连接方式如下：第三反相比例器U6的第2引脚通过第九电阻R28与其第6引脚相连接，其第2引脚还通过第十电阻R27与电压跟随器U1的第6引脚相连接，其第6引脚通过第十一电阻R23与第四反相比例器U7的第2引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，第1、5和8引脚悬空；
第四反相比例器U7的引脚连接方式如下：第四反相比例器U7的第2引脚通过第十二电阻R24与其第6引脚相连接，其第6引脚通过第十三电阻R25与电压跟随器U1的第3引脚相连接，其第3引脚接地，其第4引脚接电源VEE，其第7引脚接电源VCC，其第1、5和8引脚悬空。
6.根据权利要求1所述的二次曲线忆感器等效模拟电路，其特征在于：乘法器UA1采用AD633JN，其引脚连接方式如下：乘法器UA1的X1引脚与第一反相比例器U4的第6引脚相连接，其Y1引脚与第一反相积分器U2的第6引脚相连接，其X2引脚和Y2引脚接地，其V+引脚接电源VCC，同时通过第三电容C41与地相连接，其V-引脚接电源VEE，同时通过第四电容C42与地相连接，其Z引脚接地，其W引脚通过滑动变阻器R21与第四反向比例器U7的第2引脚相连接。
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