本實(shí)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(shí)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(hào)時(shí)，憶阻器的伏安特性曲線為一個(gè)“斜八字”。

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

通過憶阻器的等效實(shí)現(xiàn)電路，可以方便科研人員在實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yùn)算放大器等信號(hào)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(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的電路。

本實(shí)用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實(shí)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(gè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)單電路。

進(jìn)一步地，多個(gè)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(gè)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(jìn)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(gè)由二極管和電容串聯(lián)構(gòu)成的支路。

進(jìn)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(duì)上式中的指數(shù)函數(shù)進(jìn)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(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本實(shí)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(shí)用新型僅僅使用了二極管和電解電容，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，所用電路原件少，成本低。

3、本實(shí)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(yùn)放構(gòu)造的憶阻器等效實(shí)現(xiàn)電路模型由于受到運(yùn)放本身功率級(jí)別的限制，所能處理的信號(hào)功率較小。基于二極管和電解電容串聯(lián)實(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)單電路原理上可適用任意功率等級(jí)的應(yīng)用電路。

附圖說明

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

圖2為本實(shí)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)單電路；

圖3為本實(shí)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)單電路；

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

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

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

如圖1，一種基于二極管和電解電容串聯(lián)實(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)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(duì)上式中的指數(shù)函數(shù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)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(diǎn)處造成的平臺(tái)。

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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)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(diǎn)處造成的平臺(tái)。

圖4為本實(shí)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)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(shí)以輸入電壓為橫軸，輸入電流為縱軸，測(cè)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(shí)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(shí)現(xiàn)憶阻功能的簡(jiǎn)單電路。該電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，所用器件少，為憶阻器的應(yīng)用研究提供了可實(shí)現(xiàn)的等效電路，也為憶阻器的內(nèi)部機(jī)理研究提供了全新的視角。

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