一種分數(shù)階元件變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電工理論【技術(shù)領(lǐng)域】的一種分數(shù)階元件變換器。該分數(shù)階元件變換器的結(jié)構(gòu)與功能為：利用最少個數(shù)的有源集成器件和已有電路元件，按照所設(shè)計的電路拓撲結(jié)構(gòu)進行連接，通過合理配置電路中的已有電路元件，可以實現(xiàn)分數(shù)階類別變換、階次變換及元件值的變換。該發(fā)明具有功能全面靈活的特點，可實現(xiàn)如下功能：第一，實現(xiàn)分數(shù)階元件類別的變換，得到所需類型的分數(shù)階元件；第二，實現(xiàn)分數(shù)階元件階次的變換，得到所需階次的分數(shù)階元件；第三，實現(xiàn)分數(shù)階元件元件值的變換，得到所需元件值的分數(shù)階元件。使用該發(fā)明也可以通過分數(shù)階元件得到整數(shù)階元件。
【專利說明】一種分數(shù)階元件變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電工理論【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種分數(shù)階元件變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人們廣泛使用的電路元件均認為為整數(shù)階元件，即整數(shù)階電容元件、電感元件、電阻元件。但這些元件并非理想的整數(shù)階次，均表現(xiàn)出一定的非整數(shù)階次特性，也即分數(shù)階特性。因此，引出分數(shù)階元件更能準確地描述電路元件的特性。另外，通常一個分數(shù)階元件可以描述一個復(fù)雜的高階整數(shù)階系統(tǒng)，因而使用分數(shù)階元件，能夠更簡潔地實現(xiàn)電路。分數(shù)階元件包含分數(shù)階電感元件和分數(shù)階電容元件。分數(shù)階元件具有長時記憶效應(yīng)，即分數(shù)階電感元件的端電壓與流經(jīng)分數(shù)階元件的歷史電流均有關(guān)；流經(jīng)分數(shù)階電容元件的電流與分數(shù)階電容的歷史電壓均有關(guān)。分數(shù)階元件的特點是在波特圖上表示為一條恒定斜率的直線，且相頻特性為恒定值，所以這類器件也被稱為恒相位元件。分數(shù)階元件由于比整數(shù)階元件多了階次自由度，給電路設(shè)計帶來了更大的靈活性，分數(shù)階元件在集成電路中的大量使用是必然趨勢。目前分數(shù)階元件的實現(xiàn)還停留在實驗室階段，可供使用的僅為某些特定階次的分數(shù)階元件。
[0003]選用不同類型、不同階次和不同元件值的分數(shù)階元件可使電路設(shè)計和大規(guī)模電路集成更為靈活和簡便，但目前可用的分數(shù)階元件類型有限且尚不存在具有分數(shù)階元件相互轉(zhuǎn)換功能的電路。因此，實現(xiàn)一種適用于分數(shù)階元件之間靈活轉(zhuǎn)換的變換電路具有非常重要的實用意義和價值。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)設(shè)計需要，利用該變換電路對市場上容易購買的分數(shù)階元件進行適當?shù)淖儞Q，得到不易制造、不易集成的分數(shù)階目標元件，從而降低設(shè)計復(fù)雜性，提高設(shè)計效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種分數(shù)階元件變換器，其特征在于，該分數(shù)階元件變換器的結(jié)構(gòu)與功能為:利用最少個數(shù)的有源集成器件和已有電路元件，按照所設(shè)計的電路拓撲結(jié)構(gòu)進行連接，通過合理配置電路中的已有電路元件，實現(xiàn)分數(shù)階類別變換、階次變換及元件值的變換；
[0005]電路拓撲結(jié)構(gòu)包含四個實現(xiàn)該功能的電路結(jié)構(gòu):
[0006]拓撲結(jié)構(gòu)一:1號AD844的X端通過已有元件3連接至II號AD844的W端，Y端接地，Z端為電路的輸入端，W端連接至II號AD844的Y端；11號AD844的X端通過已有元件I接地，Y端與I號AD844的W端連接，Z端通過已有元件2接地，W端通過已有元件3連接至I號AD844的X端；
[0007]拓撲結(jié)構(gòu)二:1號AD844的X端通過已有元件3接地，Y端連接至II號AD844的W端，Z端為輸入端，W端通過已有元件I連接至II號AD844的X端；11號AD844的X端通過已有元件I連接至I號AD844的W端，Y端接地，Z端通過已有元件2接地，W端連接至I號AD844 的 Y 端；[0008]拓撲結(jié)構(gòu)三:1號AD844的X端通過已有元件I接地，Y端連接至II號AD844的Z端，且為輸入端，Z端通過已有元件2接地，W端通過已有元件3連接至II號AD844的X端；II號AD844的X端通過已有元件3連接至I號AD844的W端，Y端接地，Z端連接至I號AD844的Y端，W端懸空；
[0009]拓撲結(jié)構(gòu)四:1號AD844的X端為輸入端，Y端連接至II號AD844的W端，Z端通過已有元件I接地，W端通過已有元件2連接至II號AD844的X端；II號AD844的X端通過已有元件2連接至I號AD844的W端，Y端接地，Z端通過已有元件3接地，W端連接至I號AD844的Y端。
[0010]所述的有源集成器件是商用的單片放大器AD844，實現(xiàn)的功能為電流反饋運算放大器。
[0011]所述最少個數(shù)為2個，其中，I號AD844為電路拓撲中左側(cè)的有源集成器件，II號AD844為電路拓撲中右側(cè)的源集成器件。
[0012]所述的已有電路元件，根據(jù)電路實現(xiàn)功能的不同，采用整數(shù)階電容、電感、電阻元件及等效為整數(shù)階電容、電感、電阻元件的電路或已有分數(shù)階電容、電感元件及等效為已有分數(shù)階電容、電感元件的電路。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:該發(fā)明具有功能全面靈活的特點，可實現(xiàn)如下功能--第一，實現(xiàn)分數(shù)階元件類別的變換，得到所需類型的分數(shù)階元件；第二，實現(xiàn)分數(shù)階元件階次的變換，得到所需階次的分數(shù)階元件；第三，實現(xiàn)分數(shù)階元件元件值的變換，得到所需元件值的分數(shù)階元件。使用該發(fā)明也可以通過分數(shù)階元件得到整數(shù)階元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為電流反饋運算放大器(CFOA)的原理圖；
[0015]圖2為分數(shù)階元件變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)一；
[0016]圖3為分數(shù)階元件變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)二 ；
[0017]圖4為分數(shù)階元件變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)三；
[0018]圖5為分數(shù)階元件變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)四；
[0019]圖6為分數(shù)階元件變換器拓撲結(jié)構(gòu)一的原理說明圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0021]該分數(shù)階元件變換器的結(jié)構(gòu)與功能為:利用最少個數(shù)的有源集成器件和已有電路元件，按照所設(shè)計的電路拓撲結(jié)構(gòu)進行連接，通過合理配置電路中的元件，實現(xiàn)分數(shù)階類別變換、階次變換及元件值的變換。
[0022]該變換器當中用到的有源集成器件是商用的單片放大器AD844，實現(xiàn)的功能為電流反饋運算放大器(CF0A)。
[0023]CFOA是一種高阻電壓同相輸入和低阻電流輸入、低阻電壓輸出的放大器，其電路符號如附圖1所示。電流反饋運放的端口特性方程為
【權(quán)利要求】
1.一種分數(shù)階元件變換器，其特征在于，該分數(shù)階元件變換器的結(jié)構(gòu)與功能為:利用最少個數(shù)的有源集成器件和已有電路元件，按照所設(shè)計的電路拓撲結(jié)構(gòu)進行連接，通過合理配置電路中的已有電路元件，實現(xiàn)分數(shù)階類別變換、階次變換及元件值的變換； 電路拓撲結(jié)構(gòu)包含四個實現(xiàn)該功能的電路結(jié)構(gòu): 拓撲結(jié)構(gòu)一:1號AD844的X端通過已有元件3連接至II號AD844的W端，Y端接地，Z端為電路的輸入端，W端連接至II號AD844的Y端；II號AD844的X端通過已有元件I接地，Y端與I號AD844的W端連接，Z端通過已有元件2接地，W端通過已有元件3連接至I號AD844的X端； 拓撲結(jié)構(gòu)二 =I號AD844的X端通過已有元件3接地，Y端連接至II號AD844的W端，Z端為輸入端，W端通過已有元件I連接至II號AD844的X端；11號AD844的X端通過已有元件I連接至I號AD844的W端，Y端接地，Z端通過已有元件2接地，W端連接至I號AD844 的 Y 端； 拓撲結(jié)構(gòu)三=I號AD844的X端通過已有元件I接地，Y端連接至II號AD844的Z端，且為輸入端，Z端通過已有元件2接地，W端通過已有元件3連接至II號AD844的X端；11號AD844的X端通過已有元件3連接至I號AD844的W端，Y端接地，Z端連接至I號AD844的Y端，W端懸空； 拓撲結(jié)構(gòu)四=I號AD844的X端為輸入端，Y端連接至II號AD844的W端，Z端通過已有元件I接地，W端通過已有元件2連接至II號AD844的X端；II號AD844的X端通過已有元件2連接至I號AD844的W端，Y端接地，Z端通過已有元件3接地，W端連接至I號AD844 的 Y 端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分數(shù)階元件變換器，其特征在于，所述的有源集成器件是商用的單片放大器AD844，實現(xiàn)的功能為電流反饋運算放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分數(shù)階元件變換器，其特征在于，所述最少個數(shù)為2個，其中，I號AD844為電路拓撲中左側(cè)的有源集成器件，II號AD844為電路拓撲中右側(cè)的源集成器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分數(shù)階元件變換器，其特征在于，所述的已有電路元件，根據(jù)電路實現(xiàn)功能的不同，采用整數(shù)階電容、電感、電阻元件及等效為整數(shù)階電容、電感、電阻元件的電路或已有分數(shù)階電容、電感元件及等效為已有分數(shù)階電容、電感元件的電路。
【文檔編號】H03M1/50GK103701464SQ201310681381
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】梁貴書, 劉欣, 馬龍 申請人:華北電力大學（保定）