一种实现忆感器特性的模拟电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电路设计技术领域，涉及一种忆感器模型的等效电路实现，具体涉及 一种实现忆感器特性的模拟电路。
【背景技术】
[0002] 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，Ventra等进一步扩展了记忆元器件的范围，提出了两种新型 记忆元器件的概念：忆容器与忆感器。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受到了人们的广泛关注，因其具有记忆特性，可应 用于非遗失性存储器和人工神经网络。目前对于忆阻器的仿真建模和电路实现有大量的文 献报道，但对于忆容器和忆感器振荡器的研究还比较少，主要原因是相对忆阻器而言，忆容 器和忆感器的实际物理器件尚未实现，其数学模型和电路模型还不够完善。因此，迫切需要 一种等效电路来代替实际的忆感器件。
[0003]目前，虽已报导了少量忆感器的数学模型，但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感器的特性。因此，设计一种原理简单、精确的忆感器等效电路具 有重要意义。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种实现忆感器特性的模拟电路， 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。
[0005] 本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：一种实现忆感器特性的模拟电路包 括忆感器等效电路和磁通量产生电路，磁通量产生电路由集成运算放大器U1构成作为忆 感器等效电路的输入，集成运算放大器U1用于实现第一积分器和反向放大器。忆感器等效 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用于实现第二积分器和加法 器；反向放大器和第二积分器与乘法器相连，实现信号的相乘，并将输出作用于加法器得到 最终的忆感器电流量。
[0006] 优选的，所述的一种实现忆感器特性的模拟电路，包括集成运算放大器U1，乘法器 U2、九个电阻和两个电容；
[0007] 所述的集成运算放大器U1采用LM324 ;乘法器U2采用AD633 ;
[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、第二电阻R2的一 端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4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、第二电阻R2的另一端连接，第3、5、10、12引脚接地，第4引脚接电源VCC， 第6引脚与第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端连接，第7引脚与第五电阻R5的另 一端、第七电阻R7的一端、乘法器U2的第1引脚连接，第8引脚与第九电阻R9的一端连接 并作为输出端，第9引脚与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的另一端、第七电阻R7的另一 端连接，第11引脚接电源VEE，第13引脚与第四电阻R4的另一端、第二电容C2的一端、第 六电阻R6的一端连接，第14引脚与第二电容C2的另一端、第六电阻R6的另一端、乘法器 U2的第3引脚连接；第一电阻R1的另一端作为电压输入端，第八电阻R8的另一端与乘法 器U2的第7引脚连接，乘法器U2的第2、4、6引脚接地，第5引脚接电源VEE，第8引脚接电 源 VCC。
[0009] 本发明设计了一种能够实现忆感器磁通电流特性的模拟等效电路，该模拟电路只 含有1个集成运算放大器芯片和1个乘法器，结构简单，在目前及未来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忆感器相关的电路设计、实验以及应用，对忆感器的 特性和应用研究具有重要的实际意义。
[0010] 本发明设计的实现忆感器的模拟电路，其利用模拟电路实现忆感器的磁通电流特 性，具体实现了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的乘积。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的忆感器等效电路框图。
[0012] 图2是本发明忆感器特性的模拟电路原理图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
[0014] 本发明的理论出发点是忆感器的磁通电流特性的一般表达式：
[0016] 如图1所示，本实例忆感器模拟等效电路包括集成运算放大器U1和乘法器U2， 电压u经过集成运算放大器U1和乘法器U2最终得到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 LM324, U2 采用 AD633, LM324、AD633 均为现有技术。
[0017] 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 应的运算放大器构成第一积分器，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的引脚2, U1的引脚1通过第一电容C1和第二电阻R2的并联接入引脚2,从而构 成积分电路，来获得忆感器的磁通量，设输入的电压为u (t):
[0019] 集成运算放大器U1的第5、6、7引脚对应的运算放大器，与外围第三电阻R3、第五 电阻R5构成反向运算放大器，用于实现输入电压Ul (t)的反向增益，从而得到正向的电感 磁通量，U1引脚7的电压为1!7(〇 :
[0020]
[0021] 集成运算放大器U1的第12、13、14引脚与外围第二电容C2、第六电阻R6和第四电 阻R4构成积分器，用于实现电感磁通量的积分，即U1引脚14的电压u14(t):
[0023] 乘法器U2的型号为AD633,用以实现忆感器磁通量和磁通量积分的乘积运算，即 U2输出端W引脚的电压uw(t):
[0025] 集成运算放大器U1的第8、9、10引脚与外围第七电阻R7、第八电阻R8以及第九 电阻R9构成加法器，用于实现忆感器的磁通量和乘法器输出量相加，即U1引脚8的电压 u8(t)：
[0029] 忆感器模拟等效电路的磁通量与电流特性，与/(/)= [α + /切⑴拗⑴比较得知：
[0031] 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、第四电阻R4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、第二电阻R2的另一端连接，第3、5、10、12引脚接地，第4引脚接电源VCC，第6引脚 与第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端连接，第7引脚与第五电阻R5的另一端、第七 电阻R7的一端、乘法器U2的第1引脚连接，第8引脚与第九电阻R9的一端连接并作为输 出端，第9引脚与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的另一端、第七电阻R7的另一端连接， 第11引脚接电源VEE，第13引脚与第四电阻R4的另一端、第二电容C2的一端、第六电阻 R6的一端连接，第14引脚与第二电容C2的另一端、第六电阻R6的另一端、乘法器U2的第 3引脚连接；第一电阻R1的另一端作为电压输入端，第八电阻R8的另一端与乘法器U2的 第7引脚连接，乘法器U2的第2、4、6引脚接地，第5引脚接电源VEE，第8引脚接电源VCC。
[0032] 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. 一种实现忆感器特性的模拟电路，其特征在于：包括忆感器等效电路和磁通量产生 电路，磁通量产生电路由集成运算放大器U1构成作为忆感器等效电路的输入，集成运算放 大器U1用于实现第一积分器和反向放大器；忆感器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用于实现第二积分器和加法器；反向放大器和第二积分器与乘 法器相连，实现信号的相乘，并将输出作用于加法器得到最终的忆感器电流量。2. 根据权利要求1所述的一种实现忆感器特性的模拟电路，包括集成运算放大器U1， 乘法器U2、九个电阻和两个电容； 所述的集成运算放大器U1采用LM324 ;乘法器U2采用AD633 ; 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、第四电阻R4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、第二电阻R2的另一端连接，第3、5、10、12引脚接地，第4引脚接电源VCC，第6引脚 与第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端连接，第7引脚与第五电阻R5的另一端、第七 电阻R7的一端、乘法器U2的第1引脚连接，第8引脚与第九电阻R9的一端连接并作为输 出端，第9引脚与第八电阻R8的一端、第九电阻R9的另一端、第七电阻R7的另一端连接， 第11引脚接电源VEE，第13引脚与第四电阻R4的另一端、第二电容C2的一端、第六电阻 R6的一端连接，第14引脚与第二电容C2的另一端、第六电阻R6的另一端、乘法器U2的第 3引脚连接；第一电阻R1的另一端作为电压输入端，第八电阻R8的另一端与乘法器U2的 第7引脚连接，乘法器U2的第2、4、6引脚接地，第5引脚接电源VEE，第8引脚接电源VCC。
【专利摘要】本发明公开了一种实现忆感器特性的模拟电路，该电路包括忆感器等效电路和磁通量产生电路，磁通量产生电路由集成运算放大器U1构成作为忆感器等效电路的输入，集成运算放大器U1用于实现第一积分器和反向放大器；忆感器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用于实现第二积分器和加法器；反向放大器和第二积分器与乘法器相连，实现信号的相乘，并将输出作用于加法器得到最终的忆感器电流量。该模拟电路只含有1个集成运算放大器芯片和1个乘法器，结构简单，在目前及未来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忆感器相关的电路设计、实验以及应用，对忆感器的特性和应用研究具有重要的实际意义。
【IPC分类】H03K19/00
【公开号】CN105375914
【申请号】CN201510908273
【发明人】王光义, 靳培培, 王晋
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月10日