[发明专利]一种对数型荷控忆容器等效电路模型

说明书

本发明公开了一种对数型荷控忆容器等效电路模型。该电路模型利用运算放大器和乘法器等器件构建了满足忆容器特性的电路模型，可应用于忆容器基础电路特性的研究，以及忆容器非线性电路的研究。根据忆容器的数学定义式设计了忆容器二端口模拟电路模型，运算放大器U1用于实现了积分器功能、加法器功能、对数运算器功能，U2用于实现了反相器功能、U3是实现信号相乘的功能。当输入正弦电流激励信号时，可以用示波器观察其特性，输出的电压信号与电荷信号的电压值之间满足紧致滞回曲线特性，且随信号频率的增加，其滞回旁瓣面积减小。该电路结构清晰，易于分析测量，可进行忆容器在基础电路中特性的研究，以及在非线性电路中的应用。

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，涉及一种对数型荷控忆容器等效电路模型，特别涉及一种二端口网络的忆容器模拟电路模型，满足输出的电压信号与电荷信号之间的紧致滞回曲线特性。

背景技术

忆容器(或称记忆电容器)是继忆阻器之后的另一具有记忆特性的非线性电路元件。与忆阻器类似，忆容器不需要外加电源就有记忆信息的功能。忆容器具有独特的记忆和动态存储能力等特性，可应用于微电子、神经网络以及非易失性存储等领域。忆容器是表征电荷与电压之间关系的记忆器件，当前状态依赖于其过去状态，且其状态在断电之后可以保持，其基本特征是电压信号与电荷信号的关系相图为紧致滞回曲线。相对忆阻器而言，忆容器的研究还比较少，还未出现真实的忆容器器件，目前，仍然处于对其建模的研究，其数学模型和电路模型还不够完善。因此，提出新的忆容器数学模型和等效电路，对新型忆容器物理器件的实现式非常必要的。

目前，虽已报导了少量忆容器的数学模型，但大多数模型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容器的特性。因此，设计一种更符合其特性的数学模型和对应的等效电路模型，对于增加忆容器模型的类型和未来实现实际的忆容器具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种新的对数型荷控忆容器数学模型和等效电路模型，用以模拟忆容器的电压-电荷特性，替代实际忆容器进行电路设计和应用。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

本发明所提出一种新的对数型荷控忆容器数学模型为：u(t)＝kln(α+βσ(t))q(t)，其中u(t)和q(t)为忆容器的电压与电荷，k、α和β为常数，σ(t)＝∫q(t)dt，基于该忆容器数学模型设计忆容器的等效仿真电路模型包括积分运算、反相比例运算、乘法运算、加法运算电路。集成运算放大器U1用于实现积分运算、对数运算和加法运算，集成运算放大器U2用于实现反相比例运算，集成芯片U3用于实现信号之间的乘法运算，最终通过乘法器得到想要的忆容器电压量，所述的集成运算放大器U1和U2采用LF347BF；乘法器U3采用AD633JN，具体电路连接关系：

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、第五电阻R8的一端、乘法器的第3引脚相连接，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引脚接地，第4引脚接电源VCC，第6引脚与二极管1N5617的负极的一端、第七电阻R7的一端连接，第7引脚与二极管1N5617的正极的一端、乘法器U3的第1引脚连接，第8引脚与第四电阻R4的一端、第二电容C2的一端、第五电阻的一端连接、最终得到电荷输出的负值，第9引脚与第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第二电容C2的另一端连接，第10、12引脚接地，第11引脚接电源VEE，第13引脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第十电阻R10的一端连接，第14引脚与第六电阻R6的另一端、第七电阻的R7另一端连接。

所述的集成运算放大器U2的第4引脚接电源VCC，第8引脚接第九电阻R9的一端相连、并最终作为等效忆容器输出的电荷值，第9引脚接第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端连接，第10引脚接地，第十一引脚接电源VEE，其他引脚悬空。