CN112039515A - 一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，包括非对称二极管桥和与非对称二极管桥连接的RC滤波器，非对称二极管桥包括二极管整流桥电路、二极管D₁₂和二极管D₃₂，二极管整流桥电路的桥臂B₁并联二极管D₁₂，二极管整流桥电路的桥臂B₃并联二极管D₃₂。本发明在二极管整流桥的B₁、B₃桥臂上均并联一个二极管，且B₂、B₄桥臂不变，设计出一种新型二极管桥忆阻模拟器，用于混沌振荡信号的产生，该忆阻模拟器可以产生明显的非对称性。

Description

一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器

技术领域

本发明涉及忆阻模拟器领域，具体是一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器。

背景技术

1971年，蔡少棠教授首次从理论上提出了忆阻元件这一概念。2008年，惠普公司首次报导了忆阻器的可实现性。F.Corinto和A.Ascoli提出LCR滤波器和二极管桥构成忆阻模拟器，但由于动态元件较多，包伯成等人提出将一阶RC滤波器代替LCR滤波器，提出新型二极管桥广义忆阻器。

忆阻器作为第四种电路的基本元件，由于其天然的非线性和可塑性，与其他的电路元件结合都能在各个工程领域中得到广泛的应用。但忆阻器物理实现难度大，造价成本高，可以使用电容、电感、运算放大器等电路元件实现其非线性特征。基于此，本发明使用一个二极管桥与RC无源滤波器构建一个广义的忆阻器，并在二极管桥的B₁和B₃桥臂上均并联一个二极管，构成非对称二极管桥忆阻器，该忆阻器可以产生明显的非对称性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，改进忆阻器原有的结构，并将改进后的忆阻器加入到电路中产生出更加丰富的动力学行为，从而进行更加深入的研究。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供的一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，包括非对称二极管桥和与所述非对称二极管桥连接的RC滤波器，所述非对称二极管桥包括二极管整流桥电路、二极管D₁₂和二极管D₃₂，所述二极管整流桥电路的桥臂B₁并联所述二极管D₁₂，所述二极管整流桥电路的桥臂B₃并联所述二极管D₃₂。

进一步，所述二极管整流桥电路包括二极管D₂、二极管D₄、二极管D₁₁、二极管D₃₁；所述二极管D₄的负极与所述二极管D₁₁的正极相连，记作a端；所述二极管D₁₁的负极与所述二极管D₂的负极相连，记作b端；所述二极管D₂的正极与所述二极管D₃₁的负极相连，记作c端；所述二极管D₃₁的正极与所述二极管D₄的正极相连，记作d端；所述a端、所述c端分别与信号源的正、负极相连；

所述二极管D₁₁并联所述二极管D₁₂，所述二极管D₃₁并联所述二极管D₃₂；所述RC滤波器的输入端与所述b端相连，所述RC滤波器的输出端与所述d端相连；所述RC滤波器由并联的电阻R₀和电容C₀构成。

进一步，所述非对称二极管桥忆阻模拟器等效电路模型关系式为：

式中，i为所述非对称二极管桥忆阻模拟器的输入电流，v为所述非对称二极管桥忆阻模拟器两端的电压，v₀为所述电容C₀的状态变量，I_S为二极管的反向饱和电流，n为二极管的发射系数，V_T为二极管的热电压，ρ＝1/(2nV_T)。

数学建模：二极管的本构关系为

其中，k＝11、12、2、31、32、4，ρ＝1/(2nV_T)，I_S、n和V_T分别表示二极管的反向饱和电流、发射系数和热电压。

根据基尔霍夫电流定律，

i＝i₁-i₄ (2)

i＝i₃-i₂ (3)

i₁+i₂＝i_C+v_C/R (4)

其中，i₁＝i₁₁+i₁₂和i₃＝i₃₁+i₃₂，所述二极管为非线性电路元件，在所述二极管桥臂上不存在电压电流约束条件。将二极管的本构关系(1)代入(2)和(3)，并简化代数表达式，得到

根据基尔霍夫电压定律，

v＝v₁-v₂ (6)

v＝v₃-v₄ (7)

v₁+v₃＝v-v₀ (8)

v₂+v₄＝-v-v₀ (9)

将方程(6)、(7)、(8)、(9)代入(5)，得到表达式

将(10)和(11)代入(2)得到

将(10)和(11)代入(4)得到

本发明的有益效果：本发明提供一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，在二极管整流桥的B₁、B₃桥臂上均并联有二极管，设计出一种新型二极管桥忆阻模拟器，用于混沌振荡信号的产生，该忆阻模拟器可以产生明显的非对称性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2(a)是本发明的紧磁滞回线图；

图2(b)是本发明的B₁和B₂桥臂上电流的时域波形图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，二极管整流桥电路包括二极管D₂、二极管D₄、二极管D₁₁、二极管D₃₁；所述二极管D₄的负极与所述二极管D₁₁的正极相连，记作a端；所述二极管D₁₁的负极与所述二极管D₂的负极相连，记作b端；所述二极管D₂的正极与所述二极管D₃₁的负极相连，记作c端；所述二极管D₃₁的正极与所述二极管D₄的正极相连，记作d端；所述a端、所述c端分别与信号源的正、负极相连；

所述二极管D₁₁并联所述二极管D₁₂，所述二极管D₃₁并联所述二极管D₃₂；所述RC滤波器的输入端与所述b端相连，所述RC滤波器的输出端与所述d端相连；所述RC滤波器由并联的电阻R₀和电容C₀构成。

所述非对称二极管桥忆阻模拟器等效电路模型关系式为：

式中，i为所述非对称二极管桥忆阻模拟器的输入电流，v为所述非对称二极管桥忆阻模拟器两端的电压，v₀为所述电容C₀的状态变量，I_S为二极管的反向饱和电流，n为二极管的发射系数，V_T为二极管的热电压，ρ＝1/(2nV_T)。

数学建模：二极管的本构关系为

其中，k＝11、12、2、31、32、4，ρ＝1/(2nV_T)，I_S、n和V_T分别表示二极管的反向饱和电流、发射系数和热电压。

根据基尔霍夫电流定律，

i＝i₁-i₄ (2)

i＝i₃-i₂ (3)

i₁+i₂＝i_C+v_C/R (4)

其中，i₁＝i₁₁+i₁₂和i₃＝i₃₁+i₃₂，所述二极管为非线性电路元件，在所述二极管桥臂上不存在电压电流约束条件。将二极管的本构关系(1)代入(2)和(3)，并简化代数表达式，得到

根据基尔霍夫电压定律，

v＝v₁-v₂ (6)

v＝v₃-v₄ (7)

v₁+v₃＝v-v₀ (8)

v₂+v₄＝-v-v₀ (9)

将方程(6)、(7)、(8)、(9)代入(5)，得到表达式

将(10)和(11)代入(2)得到

将(10)和(11)代入(4)得到

数值仿真：将驱动电压设为v＝V_msin(2πft)，电路参数为C₀＝100nF，R₀＝1kΩ，V_m为激励电压振幅，f为激励频率。固定V_m＝4V，频率分别取10kHz、20kHz和60kHz，通过MATLAB仿真可得到图2(a)所示的紧磁滞回线图，当频率为60kHz时，通过MATLAB仿真可以得到图2(b)所示的B₁桥臂和B₂桥臂上电流的时域波形图，其中，幅值较高的为通过B₁桥臂的电流，幅值较低的为通过B₂桥臂的电流。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，其特征在于：包括非对称二极管桥和与所述非对称二极管桥连接的RC滤波器，所述非对称二极管桥包括二极管整流桥电路、二极管D₁₂和二极管D₃₂，所述二极管整流桥电路的桥臂B₁并联所述二极管D₁₂，所述二极管整流桥电路的桥臂B₃并联所述二极管D₃₂。

2.根据权利要求1所述的一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，其特征在于：所述二极管整流桥电路包括二极管D₂、二极管D₄、二极管D₁₁、二极管D₃₁；所述二极管D₄的负极与所述二极管D₁₁的正极相连，记作a端；所述二极管D₁₁的负极与所述二极管D₂的负极相连，记作b端；所述二极管D₂的正极与所述二极管D₃₁的负极相连，记作c端；所述二极管D₃₁的正极与所述二极管D₄的正极相连，记作d端；所述a端、所述c端分别与信号源的正、负极相连；

所述二极管D₁₁并联所述二极管D₁₂，所述二极管D₃₁并联所述二极管D₃₂；所述RC滤波器的输入端与所述b端相连，所述RC滤波器的输出端与所述d端相连；所述RC滤波器由并联的电阻R₀和电容C₀构成。

3.根据权利要求2所述的一种并联型非对称二极管桥忆阻模拟器，其特征在于：所述非对称二极管桥忆阻模拟器等效电路模型关系式为：

式中，i为所述非对称二极管桥忆阻模拟器的输入电流，v为所述非对称二极管桥忆阻模拟器两端的电压，v₀为所述电容C₀的状态变量，I_S为二极管的反向饱和电流，n为二极管的发射系数，V_T为二极管的热电压，ρ＝1/(2nV_T)。

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