一種實(shí)現(xiàn)憶容器電容特性的模擬電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種憶容器數(shù)學(xué)模型及其等效模擬電路，具 體涉及一種實(shí)現(xiàn)符合憶容器電壓-電荷（伏-庫）關(guān)系的模擬等效電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 2008年美國HP實(shí)驗(yàn)室采用Ti02材料，使用納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有記憶性能的電阻 元件，稱之為憶阻器。2009年擴(kuò)展了記憶元件的概念，在憶阻器的基礎(chǔ)上提出了憶容器的概 念，即具有記憶特性的電容器。此類器件和憶阻器一樣無需電源即可存儲(chǔ)信息，可應(yīng)用于非 易失性存儲(chǔ)器以及對(duì)學(xué)習(xí)、適應(yīng)和自發(fā)行為的仿真。
[0003] 目前，對(duì)憶阻器已經(jīng)有大量的研究，而對(duì)憶容器的研究還很少，主要原因是憶容器 的數(shù)學(xué)模型還不夠完善，物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際憶容器尚未出現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)憶容器的等效 模型對(duì)憶容器研究具有重要應(yīng)用。目前，雖已報(bào)道了少量的憶容器電路模型，但這些數(shù)學(xué)模 型和電路模型對(duì)應(yīng)的是憶容器電容C的倒數(shù)，即Ci。這與一般電容器的電容參數(shù)不對(duì)應(yīng)，也 給憶容器的理論和應(yīng)用研究帶來不便。因此，本發(fā)明提出了一種可用電容參數(shù)C描述的憶 容器數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了該模型的等效電路，該等效電路可作為憶容器的一種仿真器， 替代尚未實(shí)現(xiàn)的憶容器，在理論和應(yīng)用研究中模擬實(shí)際憶容器器件的伏-庫特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)憶容器特性的模擬電路， 用以模擬憶容器的伏庫特性，替代實(shí)際憶容器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用及研究。
[0005] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：一種實(shí)現(xiàn)憶容器電容特性的模擬電 路，包括集成運(yùn)算放大器U1、第二乘法器U2和第三乘法器U3,集成運(yùn)算放大器U1實(shí)現(xiàn)積分 運(yùn)算產(chǎn)生磁通，再通過加法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)加法電路，再通過反相比例運(yùn)算實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反相，最后 再和第二乘法器U2構(gòu)成開方電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的開方，乘法器U3用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相乘，將集成 運(yùn)算放大器U1的輸入信號(hào)和開方后的信號(hào)進(jìn)行相乘，最終得到電荷量。
[0006] 進(jìn)一步優(yōu)選的，集成運(yùn)算放大器U1采用LF347N;集成運(yùn)算放大器U1的第1引腳 與第十電阻R10的一端、第一電容C1的一端、第二電阻R2的一端連接，第2引腳與第一電 阻R1的一端、第十電阻R10的另一端、第一電容C1的另一端連接，第6引腳與第三電阻R3 的一端、第四電阻R4的一端、第二電阻R2的另一端連接，第7引腳與第三電阻R3的一端、 第五電阻R5的一端連接，第8引腳與第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端連接，第9引 腳與第五電阻R5的另一端、第六電阻R的另一端連接，第13引腳與第七電阻R7的一端、第 八電阻R8的一端連接，第14引腳與第一二極管D1的正極連接，第3、5、10、12引腳接地，第 4引腳接電源VCC，第11引腳接電源VEE，第四電阻R4的另一端-5V電源；
[0007] 第二乘法器U2采用AD633JN;第二乘法器U2的1腳與第二乘法器U2的3腳、第 一二極管D1的負(fù)極、第三乘法器U3的3腳連接，2腳與第二乘法器U2的4腳、第二乘法器 U2的6腳連接并接地，5腳接電源VEE，7腳與第八電阻R8的另一端連接，8腳接電源VCC;
[0008] 第三乘法器U3采用AD633JN;第三乘法器U3的與第一電阻R1的另一端連接并接 正弦電壓源，2腳與第三乘法器U3的4腳、第三乘法器U3的6腳連接并接地，5腳接電源 VEE，7腳接測試端，8腳接電源VCC;
[0009] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)憶容器伏庫特性的模擬等效電路，該模擬電路只含1 個(gè)集成運(yùn)放和2個(gè)乘法器，結(jié)構(gòu)簡單，本發(fā)明利用集成運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)憶容器特性中的相應(yīng) 運(yùn)算，其中，集成運(yùn)算放大器U1主要用以實(shí)現(xiàn)電壓的積分運(yùn)算、電壓加法運(yùn)算、反相放大和 電壓的開方運(yùn)算，模擬乘法器U2用以和集成運(yùn)算放大器U1組成開方電路，模擬乘法器U3 用以實(shí)現(xiàn)開方后的電壓積分和電壓的乘積。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)憶容器特性的模擬電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0013] 本發(fā)明的理論出發(fā)點(diǎn)是憶容器伏庫特性的一般表達(dá)式：
[0014]
[0015] 如圖1所示，本實(shí)例憶容器模擬等效電路包括集成運(yùn)算放大器U1、乘法器U2和乘 法器U3,集成運(yùn)算放大器U1用于積分運(yùn)算、求和運(yùn)算、反相運(yùn)算和開方運(yùn)算；集成運(yùn)算放大 器U1與乘法器U2、乘法器U3相連，乘法器U2和集成運(yùn)算放大器U1組合實(shí)現(xiàn)開方運(yùn)算，乘法 器U3實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相乘。集成運(yùn)算放大器采用LF347N，乘法器U2和乘法器U3采用AD633JN。 LF347N、AD633JN為現(xiàn)有技術(shù)。
[0016] 如圖2所示，憶容器的電壓u在測試端A通過第一電阻R1接入集成運(yùn)算放大器U1 的引腳2,即積分器的輸入端，憶容器的電荷量q的測試端B接乘法器U3的引腳W，即乘法 器的輸出端。
[0017] 集成運(yùn)算放大器U1內(nèi)有4個(gè)運(yùn)算放大器，其中第1、2、3引腳對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器與 外圍第一電阻R1、第十電阻R10和第一電容C1構(gòu)成積分電路，來獲得憶容器的磁通量免，設(shè) 輸入的電壓為uA，則U1引腳1的電壓七為：
[0018]
[0019] 集成運(yùn)算放大器U1的第5、6、7引腳對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器，與外圍第二電阻R2、第三 電阻R3、第四電阻R4構(gòu)成反相求和電路，用以Ul和外圍電壓u2的求和，即U1引腳7的電 壓u3為：
[0020]
[0021] 集成運(yùn)算放大器U1的第8、9、10引腳與外圍第五電阻R5和第六電阻R6構(gòu)成反相 放大器，用以實(shí)現(xiàn)負(fù)的電壓u3，并放大，即U1引腳8的電壓1!4為：
[0022]
[0023] 第二乘法器U2的型號(hào)為AD633JN，集成運(yùn)算放大器U1的第12、13、14引腳與外圍 第七電阻R7、第八電阻R8相連，并和乘法器U2、二極管1N4009組合用以實(shí)現(xiàn)開方電路，即 乘法器U2的XI引腳電壓u5為：
[0024]
[0025] 第三乘法器U3的型號(hào)為AD633JN，XI引腳與乘法器U2X引腳相連，Y1引腳與測試 端A相連，用以實(shí)現(xiàn)正弦電壓與開方電路輸出電壓u5相乘，即乘法器W引腳的電壓u6為：
[0026]
[0027] %即為憶容器的輸入電壓u，可將上式化簡為：
[0028]
[0029] 憶容器模擬等效電路的伏庫特性，與憶容器數(shù)學(xué)模型比較可知：
[0030]
[0031] 集成運(yùn)算放大器U1采用LF347N;集成運(yùn)算放大器U1的第1引腳與第十電阻R10 的一端、第一電容C1的一端、第二電阻R2的一端連接，第2引腳與第一電阻R1的一端、第 十電阻R10的另一端、第一電容C1的另一端連接，第6引腳與第三電阻R3的一端、第四電 阻R4的一端、第二電阻R2的另一端連接，第7引腳與第三電阻R3的一端、第五電阻R5的 一端連接，第8引腳與第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端連接，第9引腳與第五電阻 R5的另一端、第六電阻R的另一端連接，第13引腳與第七電阻R7的一端、第八電阻R8的一 端連接，第14引腳與第一二極管D1的正極連接，第3、5、10、12引腳接地，第4引腳接電源 VCC，第11引腳接電源VEE，第四電阻R4的另一端-5V電源；
[0032] 第二乘法器U2采用AD633JN;第二乘法器U2的1腳與第二乘法器U2的3腳、第 一二極管D1的負(fù)極、第三乘法器U3的3腳連接，2腳與第二乘法器U2的4腳、第二乘法器 U2的6腳連接并接地，5腳接電源VEE，7腳與第八電阻R8的另一端連接，8腳接電源VCC;
[0033] 第三乘法器U3采用AD633JN;第三乘法器U3的與第一電阻R1的另一端連接并接 正弦電壓源，2腳與第三乘法器U3的4腳、第三乘法器U3的6腳連接并接地，5腳接電源 VEE，7腳接測試端，8腳接電源VCC;
[0034] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上實(shí)施例僅是用來驗(yàn)證本發(fā)明，而并非作 為對(duì)本發(fā)明的限定，只要是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例的變化、變形都將落在本發(fā)明 的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)現(xiàn)憶容器電容特性的模擬電路，包括集成運(yùn)算放大器U1、第二乘法器U2和第 三乘法器U3,其特征在于：集成運(yùn)算放大器U1實(shí)現(xiàn)積分運(yùn)算產(chǎn)生磁通，再通過加法運(yùn)算實(shí) 現(xiàn)加法電路，再通過反相比例運(yùn)算實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反相，最后再和第二乘法器U2構(gòu)成開方電路 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的開方，乘法器U3用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相乘，將集成運(yùn)算放大器U1的輸入信號(hào)和開方 后的信號(hào)進(jìn)行相乘，最終得到電荷量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)憶容器電容特性的模擬電路，其特征在于：所述的 集成運(yùn)算放大器U1采用LF347N;集成運(yùn)算放大器U1的第1引腳與第十電阻R10的一端、第 一電容C1的一端、第二電阻R2的一端連接，第2引腳與第一電阻R1的一端、第十電阻R10 的另一端、第一電容C1的另一端連接，第6引腳與第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端、 第二電阻R2的另一端連接，第7引腳與第三電阻R3的一端、第五電阻R5的一端連接，第8 引腳與第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端連接，第9引腳與第五電阻R5的另一端、第 六電阻R的另一端連接，第13引腳與第七電阻R7的一端、第八電阻R8的一端連接，第14 引腳與第一二極管D1的正極連接，第3、5、10、12引腳接地，第4引腳接電源VCC，第11引腳 接電源VEE，第四電阻R4的另一端-5V電源； 第二乘法器U2采用AD633JN;第二乘法器U2的1腳與第二乘法器U2的3腳、第一二 極管D1的負(fù)極、第三乘法器U3的3腳連接，2腳與第二乘法器U2的4腳、第二乘法器U2的 6腳連接并接地，5腳接電源VEE，7腳與第八電阻R8的另一端連接，8腳接電源VCC; 第三乘法器U3采用AD633JN;第三乘法器U3的與第一電阻R1的另一端連接并接正弦 電壓源，2腳與第三乘法器U3的4腳、第三乘法器U3的6腳連接并接地，5腳接電源VEE，7 腳接測試端，8腳接電源VCC。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)憶容器電容特性的模擬電路，該電路包括集成運(yùn)算放大器U1、第二乘法器U2和第三乘法器U3，集成運(yùn)算放大器U1實(shí)現(xiàn)積分運(yùn)算產(chǎn)生磁通，再通過加法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)加法電路，再通過反相比例運(yùn)算實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反相，最后再和第二乘法器U2構(gòu)成開方電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的開方，乘法器U3用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相乘，將集成運(yùn)算放大器U1的輸入信號(hào)和開方后的信號(hào)進(jìn)行相乘，最終得到電荷量。該模擬電路只含1個(gè)集成運(yùn)放和2個(gè)乘法器，結(jié)構(gòu)簡單。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105373679
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510916745
【發(fā)明人】王光義, 臧壽池, 王晉
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日