一种忆感器对数模型等效电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电路设计技术领域，涉及一种新的忆感器等效模型及其等效电路，具 体涉及一种忆感器磁通-电流关系的对数模型及其具有滞回特性的等效电路。
【背景技术】
[0002] 蔡少棠在电阻、电容和电感的基础上提出了忆阻器的概念，2008年惠普实验室实 现了忆阻器。忆阻器具有纳米尺度结构，在非遗失性存储器及人工神经网络的研究等方面 具有重要意义。忆感器与忆阻器同属于记忆器件，无需外部电源即可存储信息。目前尚未 实现实际的忆感器，为了对忆感器进行预先研究，设计一种忆感器数学模型及其等效电路 进行实验和应用研究具有重要意义。
[0003]目前，有关忆感器的仿真模型中，主要有一次光滑曲线模型和二次光滑曲线模型， 研究者主要应用这些少数的忆感器模型进行电路设计和仿真，难以拓展研究方向。已知的 由硬件等效电路构成的忆感器等效电路，实现效果较差，难以模拟实际忆感器的特性。因 此，一种忆感器对数模型及其等效电路具有较大的意义与价值。
【发明内容】
[0004] 针对上述不足，本发明提供了一种忆感器对数模型等效电路，用以模拟忆感器磁 通-电流的滞回特性，作为实际忆感器的仿真器。
[0005] -种忆感器对数模型等效电路，包括集成运算放大器U1和乘法器U2,集成运算放 大器U1用于实现积分运算、反向加法、对数运算和反向器；乘法器U2用于实现信号的相乘。 输入电流通过U1-1的积分电路实现电流的积分，电流的积分输入到U1-2的反向加法器实 现与常数的反向相加，U1-2的输出信号通过U1-3的对数运算电路进行对数运算后，输出结 果再经过U1-4的反相器取反，U1-4的输出结果与输入电流共同输入乘法器U2进行乘法运 算，最终得到磁通量。
[0006] 优选的，所述的忆感器对数模型等效电路包括集成运算放大器U1，模拟乘法器 U2,8个电路，1个电容和1个二极管。
[0007] 所述的集成运算放大器U1采用LF347N，模拟乘法器U2采用AD633JN。
[0008] 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、第三电阻R3的一端、 第八电阻R8的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第八电阻 R8的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接第一电源的正极，第5引脚接地，第6引脚与 第二电阻R2的一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，第7引脚与第四电阻 R4的另一端、第七电阻R7的一端连接，第11引脚接第二电源负极，，第12引脚接地，第13 引脚与二极管D1的正极、第七电阻R7的另一端连接，第14引脚与二极管D1的负极、第五 电阻R5的一端连接，第10引脚接地，地9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一 端连接，第8引脚与第六电阻R6的另一端连接作为U1的输出并与乘法器U2的第1引脚连 接；乘法器U2的第2、4、6引脚接地，U2的第3引脚与输入端、第一电阻R1的另一端连接， 第5引脚接第三电源的负极，第7引脚为磁通输出，第8引脚接第四电源的正极；第一电源 的负极、第二电源的正极、第三电源的正极和第四电源的负极接地.
[0009] 本发明设计了一种忆感器对数模型及其等效电路，含1个集成运放和1个乘法器， 其中，集成运算放大器主要用以实现电流的积分运算、反相加法运算、对数运算和反相器， 模拟乘法器用以实现对数运算电路的输出信号与电流的乘积。其结构简单，作为实际忆感 器的仿真器，对忆感器的特性和应用研究具有重要意义。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明的电路结构框图。
[0011] 图2是本发明实现忆感器对数模型的等效电路原理图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明作详细说明。
[0013] 本发明提出的忆感器对数模型的等效电路的一般表达式：
[0014] Φ=kin(α+βq) .i(k> 0,a> 0,β> 0)
[0015] 式中Φ表示磁通，k、α、β均为常数，i表示电流、q表示电流的积分。
[0016] 如图1所示，忆感器对数模型的等效电路包括集成运算放大器U1和乘法器U2，U1 采用LF347N，U2采用AD633JN。集成运算放大器U1用于实现积分运算（U1-1)、反向加法运 算（U1-2)、对数运算（U1-3)和反向器（U1-4);乘法器U2实现两个信号的乘法。
[0017] 如图2所示，输入信号i经第一电阻R1进入由集成运算放大器U1的引脚1、引脚 2、引脚3与第一电阻R1、第八R8,第一电容C1组成的积分电路，得到电流的积分，即U1引 脚1的电压：
[0018]
[0019] ^输入到由U1的引脚5、引脚6、引脚7与第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4 组成的反向加法器，施加-5V电源，得U1引脚7的电压：
[0020]
[0021] 令
则u7=a+bq。117输入到由U1的引脚12、引脚13、引脚14和 二极管D1，第七电阻R7组成的对数运算电路，得U1引脚14的电压：
[0022]
[0023]u14输入到由U1的引脚8、引脚9、引脚10和第五电阻R5、第六电阻R6构成的反相 器，得U1引脚8的电压：
[0024]
[0025]us与i输入到乘法器U2,得输出端W引脚的电压：
[0026]
[0027] 叫为热电压，常温下为常数，4
，则忆感器 的磁通-电流特性为：
[0028] Φ=kin(α+βq) ·i
[0029] 所述的集成运算放大器U1的第1引脚与第一电容Cl的一端、第三电阻R3的一端、 第八电阻R8的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第八电阻 R8的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接第一电源的正极，第5引脚接地，第6引脚与 第二电阻R2的一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，第7引脚与第四电阻 R4的另一端、第七电阻R7的一端连接，第11引脚接第二电源负极，，第12引脚接地，第13 引脚与二极管D1的正极、第七电阻R7的另一端连接，第14引脚与二极管D1的负极、第五 电阻R5的一端连接，第10引脚接地，地9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一 端连接，第8引脚与第六电阻R6的另一端连接作为U1的输出并与乘法器U2的第1引脚连 接；乘法器U2的第2、4、6引脚接地，U2的第3引脚与输入端、第一电阻R1的另一端连接， 第5引脚接第三电源的负极，第7引脚为磁通输出，第8引脚接第四电源的正极；第一电源 的负极、第二电源的正极、第三电源的正极和第四电源的负极接地。
[0030] 本领域的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来验证本发明，而并非作 为对本发明的限定，只要是在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明 的保护范围内。
【主权项】
1. 一种忆感器对数模型等效电路，包括集成运算放大器U1和乘法器U2,其特征在于： 集成运算放大器U1用于实现积分运算、反向加法、对数运算和反向器；乘法器U2用于实现 信号的相乘；输入电流通过U1-1的积分电路实现电流的积分，电流的积分输入到U1-2的反 向加法器实现与常数的反向相加，U1-2的输出信号通过U1-3的对数运算电路进行对数运 算后，输出结果再经过U1-4的反相器取反，U1-4的输出结果与输入电流共同输入乘法器U2 进行乘法运算，最终得到磁通量。2. 根据权利要求1所述的一种忆感器对数模型等效电路，其特征在于： 所述的集成运算放大器U1采用LF347N，模拟乘法器U2采用AD633JN; 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、第三电阻R3的一端、第 八电阻R8的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第八电阻R8 的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接第一电源的正极，第5引脚接地，第6引脚与第二 电阻R2的一端、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端连接，第7引脚与第四电阻R4的 另一端、第七电阻R7的一端连接，第11引脚接第二电源负极，，第12引脚接地，第13引脚 与二极管D1的正极、第七电阻R7的另一端连接，第14引脚与二极管D1的负极、第五电阻 R5的一端连接，第10引脚接地，地9引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端连 接，第8引脚与第六电阻R6的另一端连接作为U1的输出并与乘法器U2的第1引脚连接； 乘法器U2的第2、4、6引脚接地，U2的第3引脚与输入端、第一电阻R1的另一端连接，第5 引脚接第三电源的负极，第7引脚为磁通输出，第8引脚接第四电源的正极；第一电源的负 极、第二电源的正极、第三电源的正极和第四电源的负极接地。
【专利摘要】本发明公开了一种忆感器对数模型及其等效电路，该电路包括集成运算放大器U1和乘法器U2，集成运算放大器U1用于实现积分运算、反向加法运算、对数运算和反向器；积分运算用于实现输入信号的积分，再通过反向加法器实现与常数的相加，相加的和输入到对数运算电路进行对数运算，再将对数运算结果输入到反相器进行取反，将取反后的信号输入到乘法器U2，乘法器U2的另一端与输入信号相连，乘法器U2用于实现信号的相乘，最终得到输出磁通量。本发明只含1个集成运放和1个乘法器，结构简单，用以模拟忆感器电流-磁通的滞回特性，替代实际忆感器进行实验和应用及研究。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105389443
【申请号】CN201510916922
【发明人】王光义, 史传宝, 王晋
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月10日