指数型磁控忆容器等效电路制造技术

本发明专利技术公开了一种指数型磁控忆容器等效电路。本发明专利技术中的集成电路U1和U3实现了电压跟随器、减法器、反相放大器、积分器、反向求和运算电路、指数运算电路等功能，集成电路U2和U4实现了乘法器功能，当输入正弦激励信号时，可以用示波器观察其特性，电压信号与电荷信号的电压值之间满足“8”字形的紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。该电路结构清晰，易于分析测量，可进行忆容器在基础电路中特性的研究，以及在非线性电路中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电路设计
，特别涉及一种二端口网络的指数型磁控忆容器等效电路，满足电压信号与电荷信号的电压值之间紧致滞回曲线特性。
技术介绍
1971年，蔡少棠教授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，并在《Nature》上进行了报道，掀起了关于忆阻器的研究热潮。忆阻器由于一直没有商用的实际器件，在研究过程中除了进行理论分析外，还为了对忆阻器在实际电路用的应用研究，建立了等效电路模型。利用忆阻器等效电路模型，可以探索串并联等基础电路结构下忆阻器特性，同时可以探索非线性电路中的应用。2009年蔡少棠等人在忆阻器的基础上，提出了忆容器和忆感器的概念。忆容器是表征电荷与电压之间关系的记忆器件，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，其基本特性就是电压信号与电荷信号的关系相图为“8”字形的紧致滞回曲线。由于忆阻器数学建模比较完善，目前对忆阻器的研究较为广泛，而对忆容器的研究还处在起始阶段。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种新奇的指数型磁控忆容器等效电路。本专利技术中忆容器两端的电压uAB由U1的减法器采集得到，经过U1的积分器得到忆容器内部磁通量信号的电压值然后经过集成电路U2的乘法器，U3的反向求和运算电路和指数运算电路和U4的乘法器能够反映磁控忆容器电荷信号的电压值。集成电路U1和U3实现了电压跟随器、减法器、反相放大器、积分器、反向求和运算电路、指数运算电路等功能，集成电路U2和U4实现了乘法器功能，当输入正弦激励信号时，可以用示波器观察其特性，电压信号与电荷信号的电压值之间满足“8”字形的紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。集成电路U1选用LF347BD集成运算放大器，所述集成运算放大器U1的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源。输入端口A接到U1的第3引脚，U1的第2引脚接U1的第1引脚，且通过第三电阻R3连接U1的第5引脚，U1的第1引脚连接第一电容C1的一端，U1的第5引脚通过第四电阻R4接地。U1的第6引脚通过第二电阻R2接U1的第7引脚，U1的第6引脚通过第一电阻R1接U4的第7引脚，U1的第7引脚通过第五电阻R5接U1的第9引脚，U1的第7引脚接U3的第3引脚，U1的第9引脚通过第六电阻R6接U1的第8引脚。U1的第8引脚通过第七电阻R7接U1的第13引脚，U1的第13引脚通过第二电容C2接U1的第14引脚，U1的第14引脚接集成电路U2的第1引脚和第3引脚。集成电路U2选用AD633JN乘法器，U2的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源。U2的第1引脚接U1的第14引脚，U2的第3引脚接U1的第14引脚，U2的第7引脚通过第八电阻R8接U3的第2引脚。集成电路U3选用LF347BD集成运算放大器，所述集成运算放大器U3的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源。电压源V1通过第九电阻R9接U3的第2引脚，U2的第7引脚通过第八电阻R8接U3的第2引脚，U3的第2引脚通过第十电阻R10接U3的第1引脚。U3的第1引脚接第一三极管Q1的发射极，第一三极管Q1的基极接地，第一三极管的集电极接U3的第6引脚，U3的第6引脚通过第十一电阻R11接U3的第7引脚。集成电路U4选用AD633JN乘法器，所述U4的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接-12V电源。U4的第1引脚接U1的第7引脚，U4的第3引脚接U3的第7引脚，U4的第7引脚通过第一电阻R1接U1的第6引脚，U4的第7引脚接到输出端B。本专利技术构造了一个新奇的指数型磁控忆容器等效电路，该电路利用运算放大器和乘法器等器件构建了满足指数型磁控忆容器特性的电路模型，可应用于忆容器基础电路特性的研究，以及忆容器非线性电路的研究，比如构建忆容器混沌电路等。根据磁控忆容器的数学定义式设计了磁控忆容器二端口模拟电路模型，集成电路U1和U3实现了电压跟随器、减法器、反相放大器、积分器、反向求和运算电路、指数运算电路等功能，集成电路U2和U4实现了乘法器功能，当输入正弦激励信号时，可以用示波器观察其特性，电压信号与电荷信号的电压值之间满足“8”字形的紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。该电路结构清晰，易于分析测量，可进行忆容器在基础电路中特性的研究，以及在非线性电路中的应用。附图说明图1是本专利技术的结构图。图2是本专利技术的原理图。具体实施方式下面结合附图和优选实例对本专利技术作更进一步的详细说明。本专利技术设计的指数型磁控忆容器定义式为其中k、α、β为系数，本模型试验k＝0.01，α＝3.85，β＝0.96能够获得良好紧致滞回曲线特性。输入端口A连接的第一个运算放大器的功能为电压跟随器，用于屏蔽外部端口电流影响，只获取端口A处电位势uA。即U1运算放大器第1引脚的电压值为uA，U1运算放大器与电阻R1、R2、R3、R4共同构成了差分输入求和电路实现减法运算，U1运算放大器同向输入端为U1第5引脚电压值u+，反相输入端为U1第6引脚电压值为u-，输出端为U1第7引脚电压值为uo(1,7)。根据虚断，i+≈i-≈0，利用叠加原理可求得反相端的电位势为u-=R2R1+R2uB+R1R1+R2uo]]>同向输入端的电位势为u+=R4R3+R4uA]]>根据虚短，u+＝u-，有R2R1+R2uB+R1R1+R2uo=R4R3+R4uA]]>因为R1＝R3＝10K，R2＝R4＝10K，整理上式得uo(1,7)=R2R3(uA-uB)=1010(uA-uB)=uAB]]>U1运算放大器第7引脚的电位势为uAB。经过U1的反相放大器，由于R6＝10K，R5＝200K，得到U1运算放大器第8引脚的电位势为u9=-R6R5110uAB=-120uAB]]>经过U1运算放大器的积分电路，由于R7＝10K，C2＝10uf，所以U1运算放大器的第14引脚的电位势为然后U1运算放大器的第14引脚连接U2乘法器的第1引脚和第3引脚，由于AD633乘法器为两信号相乘后的0.1倍，得到U2乘法器的第7引脚的电位势为然后U2乘法器的第7引脚通过电阻R8连接U3运算放大器的第2引脚，同时利用电压源提供一个电压为0.1V的电压信号通过R9连接U3运算放大器的第2引脚，构成了反向求和运算电路，由于R本文档来自技高网...

【技术保护点】
指数型磁控忆容器等效电路，其特征在于：忆容器两端的电压uAB由集成电路U1的减法器采集得到，经过集成电路U1的积分器得到忆容器内部磁通量信号的电压值φAB，然后经过集成电路U2的乘法器，集成电路U3的反向求和运算电路、指数运算电路和集成电路U4的乘法器反映磁控忆容器电荷信号的电压值；集成电路U1选用LF347BD集成运算放大器，所述集成运算放大器U1的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接‑12V电源；输入端口A接到U1的第3引脚，U1的第2引脚接U1的第1引脚，且通过第三电阻R3连接U1的第5引脚，U1的第1引脚连接第一电容C1的一端，U1的第5引脚通过第四电阻R4接地；U1的第6引脚通过第二电阻R2接U1的第7引脚，U1的第6引脚通过第一电阻R1接U4的第7引脚，U1的第7引脚通过第五电阻R5接U1的第9引脚，U1的第7引脚接U3的第3引脚，U1的第9引脚通过第六电阻R6接U1的第8引脚；U1的第8引脚通过第七电阻R7接U1的第13引脚，U1的第13引脚通过第二电容C2接U1的第14引脚，U1的第14引脚接集成电路U2的第1引脚和第3引脚；集成电路U2选用AD633JN乘法器，U2的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接‑12V电源；U2的第1引脚接U1的第14引脚，U2的第3引脚接U1的第14引脚，U2的第7引脚通过第八电阻R8接U3的第2引脚；集成电路U3选用LF347BD集成运算放大器，所述集成运算放大器U3的第10引脚、第12引脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接‑12V电源；电压源V1通过第九电阻R9接U3的第2引脚，U2的第7引脚通过第八电阻R8接U3的第2引脚，U3的第2引脚通过第十电阻R10接U3的第1引脚；U3的第1引脚接第一三极管Q1的发射极，第一三极管Q1的基极接地，第一三极管的集电极接U3的第6引脚，U3的第6引脚通过第十一电阻R11接U3的第7引脚；集成电路U4选用AD633JN乘法器，所述U4的第2引脚、第4引脚、第6引脚接地，第8引脚接+12V电源，第5引脚接‑12V电源；U4的第1引脚接U1的第7引脚，U4的第3引脚接U3的第7引脚，U4的第7引脚通过第一电阻R1接U1的第6引脚，U4的第7引脚接到输出端B。...

【技术特征摘要】
1.指数型磁控忆容器等效电路，其特征在于：忆容器两端的电压uAB由集成电路U1的减
法器采集得到，经过集成电路U1的积分器得到忆容器内部磁通量信号的电压值φAB，然后经
过集成电路U2的乘法器，集成电路U3的反向求和运算电路、指数运算电路和集成电路U4的
乘法器反映磁控忆容器电荷信号的电压值；
集成电路U1选用LF347BD集成运算放大器，所述集成运算放大器U1的第10引脚、第12引
脚接地，第4引脚接+12V电源，第11引脚接-12V电源；输入端口A接到U1的第3引脚，U1的第2
引脚接U1的第1引脚，且通过第三电阻R3连接U1的第5引脚，U1的第1引脚连接第一电容C1的
一端，U1的第5引脚通过第四电阻R4接地；U1的第6引脚通过第二电阻R2接U1的第7引脚，U1
的第6引脚通过第一电阻R1接U4的第7引脚，U1的第7引脚通过第五电阻R5接U1的第9引脚，
U1的第7引脚接U3的第3引脚，U1的第9引脚通过第六电阻R6接U1的第8引脚；U1的第8引脚通
过第七电阻R7接U1的第13引脚，U1的第13引脚通过第二电容C2接U1的第14引脚，U1的第14
引脚接集成电路U2的第1引脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光义，吴珺，蔡博振，王晋，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33