一种对数型荷控忆容器等效电路模型制造技术

本发明专利技术公开了一种对数型荷控忆容器等效电路模型。该电路模型利用运算放大器和乘法器等器件构建了满足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。根据忆容器的数学定义式设计了忆容器二端口模拟电路模型，运算放大器U1用于实现了积分器功能、加法器功能、对数运算器功能，U2用于实现了反相器功能、U3是实现信号相乘的功能。当输入正弦电流激励信号时，可以用示波器观察其特性，输出的电压信号与电荷信号的电压值之间满足紧致滞回曲线特性，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。

An Equivalent Circuit Model of Logarithmic Charge-Controlled Memory Vessel

The invention discloses an equivalent circuit model of a logarithmic charge-controlled memory container. The circuit model uses operational amplifiers and multipliers to construct a circuit model that satisfies the characteristics of memory containers. It can be used to study the basic circuit characteristics of memory containers and the non-linear circuit of memory containers. According to the mathematical definition of memory container, a two-port analog circuit model of memory container is designed. Operational amplifier U1 is used to realize integrator function, adder function and logarithmic arithmetic function. U2 is used to realize inverter function and U3 is used to realize signal multiplication function. When the sinusoidal current excitation signal is input, the oscilloscope can be used to observe its characteristics. The voltage value between the output voltage signal and the charge signal satisfies the characteristics of compact hysteresis curve, and the hysteretic sidelobe area decreases with the increase of signal frequency. The circuit has clear structure and is easy to analyze and measure. It can be used to study the characteristics of memory containers in basic circuits and in the application of non-linear circuits.

【技术实现步骤摘要】
一种对数型荷控忆容器等效电路模型
本专利技术属于电路设计
，涉及一种对数型荷控忆容器等效电路模型，特别涉及一种二端口网络的忆容器模拟电路模型，满足输出的电压信号与电荷信号之间的紧致滞回曲线特性。
技术介绍
忆容器(或称记忆电容器)是继忆阻器之后的另一具有记忆特性的非线性电路元件。与忆阻器类似，忆容器不需要外加电源就有记忆信息的功能。忆容器具有独特的记忆和动态存储能力等特性，可应用于微电子、神经网络以及非易失性存储等领域。忆容器是表征电荷与电压之间关系的记忆器件，当前状态依赖于其过去状态，且其状态在断电之后可以保持，其基本特征是电压信号与电荷信号的关系相图为紧致滞回曲线。相对忆阻器而言，忆容器的研究还比较少，还未出现真实的忆容器器件，目前，仍然处于对其建模的研究，其数学模型和电路模型还不够完善。因此，提出新的忆容器数学模型和等效电路，对新型忆容器物理器件的实现式非常必要的。目前，虽已报导了少量忆容器的数学模型，但大多数模型都只停留在理论分析与仿真验证，而很少由硬件电路构成的等效电路，有的模型较复杂，导致实际应用中难以实现；有的误差较大，难以精确模拟实际忆容器的特性。因此，设计一种更符合其特性的数学模型和对应的等效电路模型，对于增加忆容器模型的类型和未来实现实际的忆容器具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提出了一种新的对数型荷控忆容器数学模型和等效电路模型，用以模拟忆容器的电压-电荷特性，替代实际忆容器进行电路设计和应用。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案如下：本专利技术所提出一种新的对数型荷控忆容器数学模型为：u(t)＝kln(α+βσ(t))q(t)，其中u(t)和q(t)为忆容器的电压与电荷，k、α和β为常数，σ(t)＝∫q(t)dt，基于该忆容器数学模型设计忆容器的等效仿真电路模型包括积分运算、反相比例运算、乘法运算、加法运算电路。集成运算放大器U1用于实现积分运算、对数运算和加法运算，集成运算放大器U2用于实现反相比例运算，集成芯片U3用于实现信号之间的乘法运算，最终通过乘法器得到想要的忆容器电压量，所述的集成运算放大器U1和U2采用LF347BF；乘法器U3采用AD633JN，具体电路连接关系：所述的集成运算放大器U1的第1引脚与第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、第五电阻R8的一端、乘法器的第3引脚相连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第二电阻R2的另一端连接，第3、5引脚接地，第4引脚接电源VCC，第6引脚与二极管1N5617的负极的一端、第七电阻R7的一端连接，第7引脚与二极管1N5617的正极的一端、乘法器U3的第1引脚连接，第8引脚与第四电阻R4的一端、第二电容C2的一端、第五电阻的一端连接、最终得到电荷输出的负值，第9引脚与第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第二电容C2的另一端连接，第10、12引脚接地，第11引脚接电源VEE，第13引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第十电阻R10的一端连接，第14引脚与第六电阻R6的另一端、第七电阻的R7另一端连接。所述的集成运算放大器U2的第4引脚接电源VCC，第8引脚接第九电阻R9的一端相连、并最终作为等效忆容器输出的电荷值，第9引脚接第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端连接，第10引脚接地，第十一引脚接电源VEE，其他引脚悬空。所述乘法器U3的第1引脚与二极管1N5617的正极一端相连接，第2和4引脚接地，第3引脚与第八电阻R8的一端、第二电阻R2的一端、第一电容C1的一端、集成运算放大器U1的第1引脚相连接，第5引脚接接电源VCC，第6引脚即为最终输出的等效忆容器的连端的电压值，第7引脚接地，第8引脚接电源VCC。另外恒压源DC一端接地，另一端和第十电阻R10的一端相连接。本专利技术构造了一个二端口指数型荷控忆容器电路模型。该电路模型利用运算放大器和乘法器等器件构建了满足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。根据忆容器的数学定义式u(t)＝kln(α+βσ(t))q(t)设计了忆容器二端口模拟电路模型，运算放大器U1用于实现了积分运算功能、对数运算功能、加法运算功能，运算放大器U2是用于实现反相比例积分运算功能。乘法器U3用于实现信号相乘的功能。当输入正弦电流激励信号时，可以用示波器观察其特性，输出的电压信号与电荷信号的电压值之间满足紧致滞回曲线特性，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。本专利技术设计的荷控忆容器数学模型为u(t)＝kln(α+βσ(t))q(t)u(t)和q(t)为忆容器的电压与电荷，其中α、β、k为系数，本模型试验选择为α＝0.2，β＝4，k＝1.5能够获得良好紧磁滞回曲线特性。如图2所示，集成运算放大器U1内集成了4个运算放大器，其中第1、2、3引脚对应的运算放大器与第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1构成第一积分电路，用来获得忆容器的电荷量，输入的电流i(t)通过第一电阻R1输入到集成运算放大器U1的第2引脚，U1引脚的电荷量为q1(t)：集成运算放大器U1的第8、9、10引脚与外围第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2构成第二积分运算电路，用于实现对U1输出的负电荷再次积分，从而可以得到中间变量σ(t)：集成运算放大器U1的第12、13、14引脚与第五电阻R5、第十电阻R10、第六电阻R6、恒压源DC构成加法运算电路，用于实现对信号的叠加。从而可得vo3(t)：其中：vcc表示电源电压。集成运算放大器U1的第5、6、7引脚，与外围第七电阻R7，二极管1N5617构成对数运算放大器，用于实现输入信号-(α+βσ(t))进行对数运算，从而得到对数运算表达式，则可以从运算放大器U1的第7引脚得到输出信号v04(t)：其中VT＝kT/q，在常温下，即T＝300K时，VT约等于26mv，k是波尔兹曼常数，q是电子的电量；Is表示二极管反向饱和电流。集成运算放大器U2的第8、9、10引脚对应的运算放大器，与外围第八电阻R8，第九电阻R9构成反相比例运算放大器，用于实现对电荷信号的反相运算，最终输出电荷q(t)：乘法器U3的第1、3引脚分别与集成运算放大器U1的第1引脚，第7引脚相连，第2、4、6引脚接地，第五引脚接VCC，第八引脚接VEE。这第七引脚为输出端，其输出的信号为最终需要输出的电压信号u(t)：具体电路连接关系如下：集成电路U1选用LF347BF集成运算放大器，所述集成运算放大器U1的第1引脚通过电阻R2连接到U1的第2引脚，通过电阻R3连接到U1的第9引脚，通过电阻R8连接到U2的第9引脚，通过电阻R3和电阻R5连接到U1的第8引脚，通过电阻R8和电阻R9连接到U2的第8引脚；第2引脚通过电阻R1与输入电流源相连接；第3引脚接地；第4引脚接电源VCC；第5引脚接地；第6引脚通过二极管1N5617与集成运算放大器U1的第7引脚连接，通过电阻R7连接到U本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对数型荷控忆容器等效电路模型，其特征在于：基于以下的对数型荷控忆容器的数学模型而设计：u(t)＝k ln(α+βσ(t))q(t)u(t)和q(t)为忆容器的电压与电荷，

【技术特征摘要】
1.一种对数型荷控忆容器等效电路模型，其特征在于：基于以下的对数型荷控忆容器的数学模型而设计：u(t)＝kln(α+βσ(t))q(t)u(t)和q(t)为忆容器的电压与电荷，其中k、α、β、为常量，该电路模型包括集成运算放大器U1、U2和乘法器U3；其中集成运算放大器U1的第1、2、3引脚对应的运算放大器与第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1构成第一积分电路，用来获得忆容器的电荷量，输入的电流i(t)通过第一电阻R1输入到集成运算放大器U1的第2引脚，集成运算放大器U1引脚的电荷量为q1(t)：集成运算放大器U1的第8、9、10引脚与外围第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2构成第二积分运算电路，用于实现对集成运算放大器U1输出的负电荷再次积分，从而可以得到中间变量σ(t)：集成运算放大器U1的第12、13、14引脚与第五电阻R5、第十电阻R10、第六电阻R6、恒压源DC构成加法运算电路，用于实现对信号的叠加，从而可得vo3：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光义，王亚波，王晓炜，董玉姣，
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