本實用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的電路。

背景技術(shù)：

憶阻器是由華裔科學(xué)家蔡少棠提出的一種具有記憶特性的基本元件，分為磁控憶阻器和荷控憶阻器，其中磁控憶阻器的定義式為：

i＝g(x,v)v (1)

其中，v為輸入電壓，i為輸入電流，x表示狀態(tài)變量，g表示電壓和電流的函數(shù)關(guān)系，f為狀態(tài)變量和電壓的函數(shù)關(guān)系。

它基本特性為，當(dāng)輸入正弦波信號時，憶阻器的伏安特性曲線為一個“斜八字”。

憶阻器的理論模型被提出至今,暫時還沒有找到對應(yīng)的實物。2008年HP公司利用TiO₂和TiO_2-x薄膜制造了憶阻器實物模型，但是該實物為納米級別，極大地限制了其在實際電路中的應(yīng)用。

通過憶阻器的等效實現(xiàn)電路，可以方便科研人員在實驗室環(huán)境下觀察憶阻器的電學(xué)特性，并為其應(yīng)用電路提供可用的實物模型。但是現(xiàn)在所提出的憶阻器等效電路模型大多采用運算放大器等信號器件搭建而成，這樣的電路存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耐壓能力較低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的電路。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的電路，所述電路包括相互并聯(lián)的第一支路和第二支路，所述第一支路包括相互串聯(lián)的二極管D1與電解電容C1，所述第二支路包括相互串聯(lián)二極管D2與電解電容C2，在同一個支路內(nèi)，二極管和電容的位置可以交換，所述電路中依據(jù)電流的流向二極管的負(fù)端串聯(lián)電容的正端，或電容的負(fù)端串聯(lián)二極管的正端。

進一步地，所述二極管D1的正端與所述電解電容C2的負(fù)端相連并作為等效電路的第一輸入端，所述二極管D1的負(fù)端與所述電解電容C1的正端相連，所述二極管D2的負(fù)端與所述電解電容C2的正端相連，所述電解電容C1的負(fù)端與所述二極管D2的正端相連并作為等效電路的第二輸入端。

進一步地，所述電解電容C1的正端與所述二極管D2的負(fù)端相連并作為等效電路的第一輸入端，所述電解電容C1的負(fù)端與所述二極管D1的正端相連，所述電解電容C2的負(fù)端與所述二極管D2的正端相連，所述二極管D1的負(fù)端與所述電解電容C2的正端相連并作為等效電路的第二輸入端。

進一步地，所述電路還包括濾波電路，所述濾波電路串聯(lián)或者并聯(lián)在等效電路的輸入端。

上述濾波電路用來改善電路的憶阻特性，其本質(zhì)依然是基于二極管和電容實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路。

進一步地，多個二極管的串并聯(lián)可以等效替代所述二極管D1和/或所述二極管D2，多個電容的串并聯(lián)可以等效替代所述電解電容C1和/或所述電解電容C2。

進一步地，所述電路的第一輸入端和第二輸入端可并聯(lián)多個由二極管和電容串聯(lián)構(gòu)成的支路。

進一步地，給定輸入電壓v_in，根據(jù)KVL，可以推出二極管D1和D2上的電壓：

其中v_C1，v_C2分別為電解電容C1，C2上的電壓，v_D1和v_D2分別為二極管D1和D2上的電壓；

又根據(jù)KCL以及二極管特征方程得到：

其中I_s為二極管的反向飽和電流，U_T表示溫度的電壓當(dāng)量，在常溫下為26mV，i_D1和i_D2分別為流過二極管D1和D2上的電流；

將(3)式代入(4)式，得到：

對上式中的指數(shù)函數(shù)進行泰勒展開得到：

v_C1和v_C2為狀態(tài)變量，有狀態(tài)變量方程為：

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

1、本實用新型利用二極管的伏安特性和電解電容的積分特性，使其符合憶阻器的特性。

2、本實用新型僅僅使用了二極管和電解電容，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，所用電路原件少，成本低。

3、本實用新型相比傳統(tǒng)型，能夠適用各種功率環(huán)境，包括大功率應(yīng)用電路環(huán)境?，F(xiàn)有的基于集成運放構(gòu)造的憶阻器等效實現(xiàn)電路模型由于受到運放本身功率級別的限制，所能處理的信號功率較小。基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路原理上可適用任意功率等級的應(yīng)用電路。

附圖說明

圖1為本實用新型中公開的一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路的原理圖；

圖2為本實用新型中公開的一種串聯(lián)濾波電路的基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路；

圖3為本實用新型中公開的一種并聯(lián)濾波電路的基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路；

圖4為本實用新型中公開的一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路的電路仿真圖；

圖5為本實用新型中公開的一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路的伏安特性曲線。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例

如圖1，一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路的具體構(gòu)造為：二極管D1的正端與電解電容C2的負(fù)端相連并作為等效電路的第一輸入端，二極管D1的負(fù)端與電解電容C1的正端相連，二極管D2的負(fù)端與電解電容C2的正端相連，電解電容C1的負(fù)端與二極管D2的正端相連并作為等效電路的第二輸入端。

給定輸入電壓v_in，根據(jù)KVL，可以推出二極管D1和D2上的電壓：

其中v_C1，v_C2分別為電解電容C1，C2上的電壓，v_D1和v_D2分別為二極管D1和D2上的電壓。又根據(jù)KCL以及二極管特征方程得到：

其中I_s為二極管的反向飽和電流，U_T表示溫度的電壓當(dāng)量，在常溫下為26mV，i_D1和i_D2分別為流過二極管D1和D2上的電流。將(3)式代入(4)式，得到：

對上式中的指數(shù)函數(shù)進行泰勒展開得到：

v_C1和v_C2為狀態(tài)變量，有狀態(tài)變量方程為：

從(6)，和(7)可以看出，所提出的電路是符合憶阻特性的。

如圖2所示為一種串聯(lián)濾波電路的基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路。其濾波電路可以是電感或者其他濾波電路，通過增加濾波電路可以在一定程度上改善由二極管的死區(qū)在原點處造成的平臺。

如圖3所示為一種并聯(lián)濾波電路的基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路。其濾波電路可以是電解電容或者其他濾波電路，其目的同樣的是在一定程度上改善由二極管的死區(qū)在原點處造成的平臺。

圖4為本實用新型中公開的一種串聯(lián)濾波電路的基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路的電路仿真圖。此處給定輸入電壓為正弦波v_in＝100sin(2π*100t)，電解電容參數(shù)設(shè)置為C₁＝800uF，C₂＝1uF。此時以輸入電壓為橫軸，輸入電流為縱軸，測量出伏安特性曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，其伏安特性曲線滿足憶阻器的伏安特性曲線的要求。

綜上所述，本實用新型公開了一種串聯(lián)濾波電路的基于二極管和電解電容串聯(lián)實現(xiàn)憶阻功能的簡單電路。該電路結(jié)構(gòu)非常簡單，所用器件少，為憶阻器的應(yīng)用研究提供了可實現(xiàn)的等效電路，也為憶阻器的內(nèi)部機理研究提供了全新的視角。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。