[發明專利]一種對數型荷控憶容器等效電路模型

有效

• 申請號: 201811610140.5
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109684747B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 王光義;王亞波;王曉煒;董玉姣
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F30/373
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種對數型荷控憶容器等效電路模型。該電路模型利用運算放大器和乘法器等器件構建了滿足憶容器特性的電路模型，可應用于憶容器基礎電路特性的研究，以及憶容器非線性電路的研究。根據憶容器的數學定義式設計了憶容器二端口模擬電路模型，運算放大器U1用于實現了積分器功能、加法器功能、對數運算器功能，U2用于實現了反相器功能、U3是實現信號相乘的功能。當輸入正弦電流激勵信號時，可以用示波器觀察其特性，輸出的電壓信號與電荷信號的電壓值之間滿足緊致滯回曲線特性，且隨信號頻率的增加，其滯回旁瓣面積減小。該電路結構清晰，易于分析測量，可進行憶容器在基礎電路中特性的研究，以及在非線性電路中的應用。

技術領域

本發明屬于電路設計技術領域，涉及一種對數型荷控憶容器等效電路模型，特別涉及一種二端口網絡的憶容器模擬電路模型，滿足輸出的電壓信號與電荷信號之間的緊致滯回曲線特性。

背景技術

憶容器(或稱記憶電容器)是繼憶阻器之后的另一具有記憶特性的非線性電路元件。與憶阻器類似，憶容器不需要外加電源就有記憶信息的功能。憶容器具有獨特的記憶和動態存儲能力等特性，可應用于微電子、神經網絡以及非易失性存儲等領域。憶容器是表征電荷與電壓之間關系的記憶器件，當前狀態依賴于其過去狀態，且其狀態在斷電之后可以保持，其基本特征是電壓信號與電荷信號的關系相圖為緊致滯回曲線。相對憶阻器而言，憶容器的研究還比較少，還未出現真實的憶容器器件，目前，仍然處于對其建模的研究，其數學模型和電路模型還不夠完善。因此，提出新的憶容器數學模型和等效電路，對新型憶容器物理器件的實現式非常必要的。

目前，雖已報導了少量憶容器的數學模型，但大多數模型都只停留在理論分析與仿真驗證，而很少由硬件電路構成的等效電路，有的模型較復雜，導致實際應用中難以實現；有的誤差較大，難以精確模擬實際憶容器的特性。因此，設計一種更符合其特性的數學模型和對應的等效電路模型，對于增加憶容器模型的類型和未來實現實際的憶容器具有重要意義。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提出了一種新的對數型荷控憶容器數學模型和等效電路模型，用以模擬憶容器的電壓-電荷特性，替代實際憶容器進行電路設計和應用。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

本發明所提出一種新的對數型荷控憶容器數學模型為：u(t)＝kln(α+βσ(t))q(t)，其中u(t)和q(t)為憶容器的電壓與電荷，k、α和β為常數，σ(t)＝∫q(t)dt，基于該憶容器數學模型設計憶容器的等效仿真電路模型包括積分運算、反相比例運算、乘法運算、加法運算電路。集成運算放大器U1用于實現積分運算、對數運算和加法運算，集成運算放大器U2用于實現反相比例運算，集成芯片U3用于實現信號之間的乘法運算，最終通過乘法器得到想要的憶容器電壓量，所述的集成運算放大器U1和U2采用LF347BF；乘法器U3采用AD633JN，具體電路連接關系：

所述的集成運算放大器U1的第1引腳與第一電容C1的一端、第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端、第五電阻R8的一端、乘法器的第3引腳相連接，第2引腳與第一電阻R1的一端、第一電容C1的另一端、第二電阻R2的另一端連接，第3、5引腳接地，第4引腳接電源VCC，第6引腳與二極管1N5617的負極的一端、第七電阻R7的一端連接，第7引腳與二極管1N5617的正極的一端、乘法器U3的第1引腳連接，第8引腳與第四電阻R4的一端、第二電容C2的一端、第五電阻的一端連接、最終得到電荷輸出的負值，第9引腳與第三電阻R3的另一端、第四電阻R4的另一端、第二電容C2的另一端連接，第10、12引腳接地，第11引腳接電源VEE，第13引腳與第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的一端、第十電阻R10的一端連接，第14引腳與第六電阻R6的另一端、第七電阻的R7另一端連接。

所述的集成運算放大器U2的第4引腳接電源VCC，第8引腳接第九電阻R9的一端相連、并最終作為等效憶容器輸出的電荷值，第9引腳接第八電阻R8的另一端、第九電阻R9的另一端連接，第10引腳接地，第十一引腳接電源VEE，其他引腳懸空。