CN115062772B - 一种简单的rc型神经元簇放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及神经元电路技术领域，尤其涉及一种简单的RC型神经元簇放电电路，包括偏置可控的分段线性函数电路和神经元簇放电电路，偏置可控的分段线性函数电路与神经元簇放电电路电性连接。本发明解决现有技术中通过结构复杂的模拟和数字电路实现RC神经元簇放电问题。

Description

一种简单的RC型神经元簇放电电路

技术领域

本发明涉及神经元电路技术领域，尤其涉及一种简单的RC型神经元簇放电电路。

背景技术

近年来，生物神经网络的学习与探索是发展人工神经网络的基础，而其内部的生物神经元则是研究的重要对象。神经元簇放电作为一种生物神经元放电现象，常常见于大部分神经元模型，例如3-D Hindmarsh-Rose神经元，Morris-lecar神经元，Hodgkin-Huxley神经元。研究者们搭建了许多模拟和数字电路来实现这类神经元模型，然而电路元器件种类多，电路结构复杂，实现难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：本发明解决现有技术中通过结构复杂的模拟和数字电路实现RC神经元簇放电问题。

本发明所采用的技术方案：一种简单的RC型神经元簇放电电路，包括偏置可控的分段线性函数电路和神经元簇放电电路，可偏置可控的分段线性函数电路与神经元簇放电电路电性连接。

进一步的，偏置可控的分段线性函数电路包括：直流电压源–E，运算放大器U₁、U₂和U₃，电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈和R₉，R₁的左端和R₅的左端连接直流电压源–E，R₁的右端分别与R₃的左端、R₂的右端、U₁的反相端连接，R₃的右端分别与U₁的输出端、R₄的左端连接，R₄的右端分别与R₅的右端、R₆的右端、R₇的左端和U₂的反相端连接，R₂的左端分别与R₆的左端和输入信号v_x连接，R₇的右端分别与R₈的左端和U₂的输出端连接，U₂的输出端为偏置可控的分段线性函数电路的正极性输出端，R₈的右端分别与R₉的左端和U₃的反相端连接，R₉的右端与U₃的输出端连接，U₃的输出端为偏置可控的分段线性函数电路的负极性输出端。

进一步的，神经元簇放电电路包括：运算放大器U_a，U_b和U_c，电容C_x和C_y，电阻R_a、R_b、R_c、R_d、R_e、R_f和R_g，电阻R_a的右端分别与R_b的右端、R_c的右端、C_x的左端和运算放大器U_a的反相端连接，电阻R_a的左端与U₃的输出端连接，电阻R_b的左端与U_c的输出端连接，电阻R_c的左端与外加激励–v_I连接，C_x的右端分别与运算放大器U_a的输出端和R_d的左端连接，R_d的右端分别与R_e的左端和运算放大器U_b的反相端连接，R_e的右端分别与运算放大器U_b的输出端和R_f的左端连接，R_f的右端分别与R_g的左端、C_y的左端和运算放大器U_c的反相端连接，R_g的右端和C_y的右端都与运算放大器U_c的输出端连接。

本发明的有益效果是：

1、仅使用电阻、电容和运算放大器，实现偏置可控的分段线性函数以及簇放电行为，电路结构简单，实现难度小。

附图说明

图1为本发明的偏置可控的分段线性函数电路图；

图2为本发明的偏置可控的分段线性函数电路在Multisim中的仿真结果。

图3为本发明的神经元簇放电电路；

图4为本发明的神经元簇放电电路在Multisim中的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，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、3所示，一种简单的RC型神经元簇放电电路，包括：偏置可控的分段线性函数电路和神经元簇放电电路，可偏置可控的分段线性函数电路与神经元簇放电电路电性连接。

偏置可控的分段线性函数电路，包括：

直流电压源–E，运算放大器U₁、U₂和U₃，电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈和R₉；电阻R₁的右端与运算放大器U₁的反相端连接，记为a端，同时，R₂的右端、R₃的左端与a端连接，U₁的同相端接地，电阻R₁和R₅的左端与直流电压源–E连接，电阻R₂和R₆的左端与输入信号v_x连接，电阻R₃的右端与运算放大器U₁的输出端连接，记为b端，同时电阻R₄的左端与b端连接，R₄的右端与运算放大器U₂的反相端连接，记为c端，同时电阻R₅的右端、R₆的右端和R₇的左端与c端连接，U₂的同相端接地，R₇的右端与运算放大器U₂的输出端连接，记为d端，同时定义d端为f(v_x)信号端，电阻R₈的左端连接d端，R₈的右端与运算放大器U₃的反相端连接，记为e端，同时，电阻R₉的左端连接e端，R₉的右端与运算放大器U₃的输出端连接，记为f端，并定义f端为–f(v_x)信号端，U₃的同相端接地。

给定输入信号v_x，电路存在如下关系：

E_sat为饱和电压，当电源为15V时，运算放大器的E_sat为13.5V，因此，若要实现如下的分段函数f(x)：

令R₁＝1kΩ，R₂＝0.025kΩ，R₃＝1.35kΩ，R₄＝270.27kΩ，R₅＝400kΩ，R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝10kΩ。

图2为偏置可控的分段线性函数电路的仿真结果，电压输入信号v_x＝3sin(100πt)，可以看出电路能很好的输出分段函数f(x)图像，说明本发明分段函数电路的合理性，需要注意的是分段函数电路的偏移范围要不能超过运算放大器的饱和电压，否则，电路达到饱和，满足不了所需要求。

本发明用偏置可控的分段线性函数电路搭建了神经元簇放电电路，电路状态方程为：

其中，v_x和v_y为状态方程电压变量，v_I为外加刺激，R为状态方程电阻，电阻R_a＝R_b＝R_c＝1kΩ，R_d＝R_e＝R_f＝10kΩ，R_g＝18.182kΩ。

如图3所示，神经元簇放电电路，包括：运算放大器U_a、U_b和U_c，电阻R_a、R_b、R_c、R_d、R_e、R_f和R_g，电容C_x和C_y；电阻R_a的右端与运算放大器U_a的反相端连接，记为a端，同时，R_b的右端、R_c的右端和C_x的左端与a端连接，U_a的同相端接地，电阻R_a的左端连接–f(v_x)信号端，电阻R_b的左端连接v_y信号端，电阻R_c的左端连接外加刺激–v_I，电容C_x的右端和电阻R_d的左端与U_a的反相端连接，记为b端，定义b端为v_x信号端，电阻R_d的右端和电阻R_e的左端与U_b的反相端连接，记为c端，电阻R_e的右端和电阻R_f的左端与U_b的输出端连接，记为d端，U_b的同相端接地，电阻R_f的右端与运算放大器U_c的反相端连接，记为e端，同时，R_g的左端和C_y的左端与e端连接，U_c的同相端接地，R_g的右端和C_y的右端与U_c的输出端连接，记为f端，同时记f端为v_y信号端。

图4为神经元簇放电电路的Multisim仿真结果，当外加刺激v_I＝0.5cos(0.05t)时，v_x的电路时序如图4(a)所示，当外加刺激v_I＝0.3cos(0.05t)时，v_x的电路时序如图4(b)所示，仿真结果说明本发明所述实例电路结构简单，能够产生神经元簇放电现象。

本发明实例电路中，所述运算放大器的型号均为TL082CD。

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 (2)

1.一种简单的RC型神经元簇放电电路，其特征在于：包括偏置可控的分段线性函数电路和神经元簇放电电路，偏置可控的分段线性函数电路与神经元簇放电电路电性连接；

所述偏置可控的分段线性函数电路包括：直流电压源–E，运算放大器U₁、U₂和U₃，电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈和R₉，R₁的左端和R₅的左端连接直流电压源–E，R₁的右端分别与R₃的左端、R₂的右端、U₁的反相端连接，R₃的右端分别与U₁的输出端、R₄的左端连接，R₄的右端分别与R₅的右端、R₆的右端、R₇的左端和U₂的反相端连接，R₂的左端分别与R₆的左端和输入信号v_x连接，R₇的右端分别与R₈的左端和U₂的输出端连接，R₈的右端分别与R₉的左端和U₃的反相端连接，R₉的右端与U₃的输出端连接；

所述神经元簇放

电电路包括：运算放大器U_a，U_b和U_c，电容C_x和C_y，电阻R_a、R_b、R_c、R_d、R_e、R_f和R_g，R_a的右端分别与R_b的右端、R_c的右端、C_x的左端和U_a的反相端连接，R_a的左端与U₃的输出端连接，R_b的左端与U_c的输出端连接，电阻R_c的左端与外加激励–v_I连接，C_x的右端分别与U_a的输出端和R_d的左端连接，R_d的右端分别与R_e的左端和U_b的反相端连接，R_e的右端分别与U_b的输出端和R_f的左端连接，R_f的右端分别与R_g的左端、C_y的左端和U_c的反相端连接，R_g的右端和C_y的右端都与U_c的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的简单的RC型神经元簇放电电路，其特征在于：所述神经元簇放电电路的状态方程为：

其中，v_x和v_y为状态方程电压变量，v_I为外加刺激，R、R_a、R_b、R_c、R_f和R_g为状态方程电阻。