一种局部有源忆感器仿真器的制作方法

本发明属于电路设计技术领域，涉及一种局部有源忆感器仿真器的实现，具体涉及一种实现符合局部有源忆感器磁通量、电流关系的等效电路。

背景技术：

忆阻器、忆容器和忆感器作为一类具有记忆特性的基本电路元器件，其在非线性电路中的应用引起了人们的广泛关注，因其独特的记忆特性，可应用于非遗失性存储器和人工神经网络中。研究局部有源记忆器件，一方面，由于之前大多研究无源记忆器件，在电路设计时需采用负阻或有源器件为其提供能量，而局部有源器件无需其它器件进行能量供用，解决了之前的局限性问题；另一方面，局部无源忆阻器可用于模拟突触，之前都是使用无源忆阻器和cmos晶体管组合构建神经网络，而局部有源忆阻器可用于模拟神经元，二者相互结合，无需cmos晶体管即可模拟人工神经网络；因而，局部有源记忆器件的研究对忆阻神经网络的设计也有至关重要的影响。

忆感器作为一类具有记忆特性的新型电路元器件，是继忆阻器之后的非线性元器件。随着忆阻器的物理实现，对于记忆器件的优化设计便很有必要。目前对于无源记忆器件的仿真建模和电路实现有大量的文献报道，但对于有源记忆器件及局部有源器件的研究还比较少，相应的基于此类记忆器件的振荡器研究也较少，其数学模型和电路模型还不够完善。因此，迫切需要一种仿真器来代替实际的局部有源忆感器件。

目前，虽已报导了少许有源记忆器件的数学模型，但对于局部有源忆感器的数学建模及仿真器还比较少，基于此类记忆器件的振荡器的混沌研究还有很多理论需要研究。因此，设计一种原理简单、准确的局部有源忆感器仿真器具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种局部有源忆感器仿真器，用以模拟忆感器的磁通量电流特性，替代实际忆感器进行实验和应用及研究。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

本发明包括集成运算放大器u1和乘法器u2、u3，电压u经过集成运算放大器u1构成磁通量产生电路，集成运算放大器u1用于实现积分运算和反相比例运算，将输出信号再经过u1、u2、u3最终得到电流量，集成运算放大器u1用于实现求和运算；集成运算放大器u1与乘法器u2、u3相连，乘法器用于实现信号的相乘，将乘积后的信号再返回给运算放大器u1。

所述的集成运算放大器u1采用lf347；集成运算放大器u1的第14脚输出忆感器磁通量第8脚输出忆感器电流i。

所述的集成运算放大器u1的第1引脚与第一电容c1的一端连接，第2引脚与第一电阻r1的一端、第一电容c1的另一端连接，第3、5引脚接地，第4引脚接电源vcc，第6引脚与第二电容c2连接，第7引脚与第二电容c2的另一端和第二电阻r2的一端连接，第8引脚与第五电阻r5的一端连接，第9引脚与第五电阻r5的另一端、第六电阻r6的一端和第七电阻r7的一端连接，第10、12引脚接地，第11引脚接vee，第13引脚与第四电阻r4的一端和第三电阻r3的一端连接，第14引脚与第三电阻r3的另一端连接，第三电阻r3的另一端为忆感器磁通量第一电阻r1的另一端为忆阻器电压的输入端，u1的第1引脚为忆阻器电流的输出端。

所述的乘法器u2、u3采用ad633。

所述的乘法器u2的第7引脚与乘法器u3的第1引脚连接，乘法器u3的第7引脚与第六电阻r6的另一端连接。乘法器u2的第1引脚作为磁通量输出端并与其第3引脚、第四电阻r4的另一端、第二电阻r2的另一端连接，乘法器u3的第3引脚与集成运算放大器u1的第6引脚、第二电容r2的一端连接。

本发明设计了一种局部有源忆感器仿真器，该等效电路只含有1个集成运算放大器芯片和2个乘法器，结构简单，模型准确，在无法获得实际忆感器件的情况下，可代替实际忆感器实现与局部有源忆感器相关的电路设计、实验及应用，对局部有源忆感器的特性和应用研究具有重要的实际意义。

本发明设计的局部有源忆感器仿真器，其利用等效电路实现磁通电流特性，具体实现了局部有源忆感器的磁通电流特性。本发明利用集成运算放大器和模拟乘法器电路实现忆感器特性中的相应运算，其中，集成运算放大器主要用于实现电压和磁通量的积分运算、电压反向放大和加法运算，模拟乘法器用于实现电压积分与磁通量积分之间的乘积。

附图说明

图1是本发明的局部有源忆感器等效电路框图。

图2是本发明局部有源忆感器特性的模拟电路原理图。

图3是局部有源忆感器仿真器滞回曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

本发明的理论出发点是局部有源忆感器的磁通电流特性的一般表达式：

其中，要保证其局部有源特性，就要保证在输入电压变化时，忆感值的倒数(对于磁控局部有源忆阻器)存在负值情况，即(电流-磁通)滞回曲线呈现负斜率区域。此处，将参数设置为m＝-1，n＝-1。

如图1所示，本实例包括集成运算放大器u1和乘法器u2、u3，电压u经过集成运算放大器u1和乘法器u2、u3最终得到局部有源忆感器磁通量和电流；集成运算放大器u1主要实现反向放大、积分运算和求和运算；乘法器u2实现两个信号的相乘。u1采用lf347，u2、u3采用ad633，lf347、ad633均为现有技术。

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外围电路的第一电阻r1、第一电容c1构成积分运算电路，用以实现电压到磁通量的转换。电压u通过第一电阻r1接入u1的第2引脚，u1的第1引脚通过电容c1接入第2引脚，从而构成积分电路，来获得局部有源忆感器的磁通量，设输入的电压为u(t)：

集成运算放大器u1的第5、6、7引脚对应的运算放大器，与外围电路的第2电阻r2、第二电容c2构成积分电路，用于实现电感磁通量的积分运算，u1引脚7的电压为：

集成运算放大器u1的第12、13、14引脚对应的运算放大器，与外围电路的第三电阻r3和第四电阻r4构成反向运算放大器，用于实现输入电压u1(t)的反向增益，从而得到正向的电感磁通量，u1引脚14的电压为：

乘法器u2的型号为ad633，用以实现局部有源忆感器磁通量的乘积运算，即u2输出端w引脚的电压：

乘法器u3的型号为ad633，用以实现局部有源忆感器磁通量与磁通量积分的乘积运算，即u3输出端w引脚的电压：

集成运算放大器u1的第8、9、10引脚与外围电路的第五电阻r5、第六电阻r6及第七电阻r7构成加法器，用于实现局部有源忆感器的磁通量和乘法器输出量相加，即u1引脚8的电压：

局部有源忆感器模拟等效电路的磁通量与电流特性，与比较得知：

集成运算放大器u1的第1引脚与第一电容c1的一端连接，第2引脚与第一电阻r1的一端、第一电容c1的另一端连接，第3、5引脚接地，第4引脚接电源vcc，第6引脚与第二电容c2连接，第7引脚与第二电容c2的另一端和第二电阻r2的一端连接，第8引脚与第五电阻r5的一端连接，第9引脚与第五电阻r5的另一端、第六电阻r6的一端和第七电阻r7的一端连接，第10、12引脚接地，第11引脚接vee，第13引脚与第四电阻r4的一端和第三电阻r3的一端连接，第14引脚与第三电阻r3的另一端连接，第三电阻r3的另一端为忆感器磁通量第一电阻r1的另一端为忆阻器电压的输入端，u1的第1引脚为忆阻器电流的输出端。

乘法器u2、u3采用ad633。乘法器u2的第7引脚与乘法器u3的第1引脚连接，乘法器u3的第7引脚与第六电阻r6的另一端连接。乘法器u2的第1引脚作为磁通量输出端并与其第3引脚、第四电阻r4的另一端、第二电阻r2的另一端连接，乘法器u3的第3引脚与集成运算放大器u1的第6引脚、第二电容r2的一端连接。

如图3所示为忆感器的滞回曲线，其中，在一、三象限表现为无源特性、在二、四象限表现为有源特性，因而，该忆阻器为局部有源忆感器。

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。