一种新型三阶荷控忆阻器等效电路及忆阻器测试方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种新型三阶荷控忆阻器等效电路及忆阻器测试方法。

背景技术

忆阻器是除电阻、电容、电感之外发现的第4种基本电子元件，它是一种具有记忆特性的非线性器件，人们将忆阻器的性能广泛的用于基于忆阻器混沌电路的动力学分析及实现、人工神经网络、人工智能、存储器逻辑门运算等领域。由于忆阻器现在尚未投入商业化的生产，所以无法在市面上买到，只有通过有源等效电路来实现与忆阻器相同的二端口伏安特性。但目前大多数都是对于磁控忆阻器的等效模型进行研究，而关于荷控忆阻器的新型等效模型只能实现与一种忆阻器相同的二端口伏安特性。

因此，提供一种简单、稳定、应用广泛的荷控忆阻器的新型等效电路是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型三阶荷控忆阻器等效电路及忆阻器测试方法，可广泛代替实际三阶荷控忆阻器进行实验测试和应用研究，并在实际应用过程中占用面积小。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种新型三阶荷控忆阻器等效电路，所述新型三阶荷控忆阻器等效电路包括放大器、积分器、同相加法器、乘法器U4、乘法器U5、乘法器U6、电路输出端B、电路输出端C、电路输出端D；所述放大器的输入端用于输入电流，所述放大器的输出端分别与所述积分器的输入端、乘法器U5的第一输入端和乘法器U6的第一输入端连接；所述积分器的输出端分别与所述乘法器U4的第一输入端和第二输入端，及乘法器U5的第二输入端连接；所述乘法器U4的输出端与所述乘法器U6的第二输入端连接，所述乘法器U6的输出端与所述同相加法器的输入端连接，所述乘法器U6的输出端还与所述电路输出端B连接，所述电路输出端B用于输出第一电压，所述第一电压用于确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征；所述乘法器U5的输出端与所述电路输出端C连接，所述电路输出端C用于输出第二电压，所述第二电压用于确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征，所述乘法器U5的输出端还与所述同相加法器的输入端连接；所述同相加法器的输出端与所述电路输出端D连接，所述电路输出端D用于输出第三电压，所述第三电压用于确定三阶荷控忆阻器的伏安特性。

可选的，所述放大器包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R5；所述电阻R1的一端用于输入电流；所述电阻R1的另一端与运算放大器U1的负输入端连接；所述电阻R2的一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R2的另一端接地；所述运算放大器U1的负端与所述电阻R1的另一端连接，所述运算放大器U1的正输入端接地；所述电阻R5的两端分别与所述运算放大器U1的负端和输出端连接。

可选的，所述积分器包括运算发大器U2、电容C1、电阻R7和二极管D；所述电阻R7一端与所述放大器输出端连接；所述电阻R7的另一端与所述运算发大器U2的负端连接，所述运算发大器U2的正端接地；所述电容的两端分别与所述运算发大器U2的负端和输出端连接；所述二极管D的阳极端与与所述运算发大器U2的负端连接，所述二极管D的阴极端与所述运算发大器U2的输出端连接。

可选的，所述同相加法器包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；所述电阻R8的一端、电阻R9的一端和电阻R10的一端均与所述运算放大器U3的正端连接，所述电阻R11的一端与所述运算放大器U3的负端连接；所述电阻R8的另一端和电阻R11的另一端接地，所述电阻R9的另一端与所述乘法器U6的输出端连接，所述电阻R10的另一端与所述乘法器U5的输出端连接；所述运算放大器U3的输出端与所述电路输出端D连接；所述电阻R12的两端分别与所述运算放大器U3负端和输出端连接。

可选的，确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征的公式为：

式中，M

可选的，确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征的公式为：

式中，M

可选的，其特征在于，确定三阶荷控忆阻器的伏安特性的公式为：

式中，M

一种忆阻器测试方法，所述方法包括如下步骤：

获取所述新型三阶荷控忆阻器等效电路的输出电压；所述输出电压为第一电压、第二电压和第三电压中的一个或多个，所述第一电压用于确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征；所述第二电压用于确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征，所述第三电压用于确定三阶荷控忆阻器的伏安特性；

利用所述输出电压进行三阶荷控忆阻器的测试。

可选的，确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征的公式为：

式中，M

确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征为：

式中，M

确定三阶荷控忆阻器的伏安特性为：

式中，M

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

一种新型三阶荷控忆阻器等效电路包括放大器、积分器、同相加法器、乘法器U4、乘法器U5、乘法器U6、电路输出端B、电路输出端C、电路输出端D；所述放大器的输入端用于输入电流，所述放大器的输出端分别与所述积分器的输入端、乘法器U5的第一输入端和乘法器U6的第一输入端连接；所述积分器的输出端分别与所述乘法器U4的第一输入端和第二输入端，及乘法器U5的第二输入端连接；所述乘法器U4的输出端与所述乘法器U6的第二输入端连接，所述乘法器U6的输出端与所述同相加法器的输入端连接，所述乘法器U6的输出端还与所述电路输出端B连接，所述电路输出端B用于输出第一电压，所述第一电压用于确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征；所述乘法器U5的输出端与所述电路输出端C连接，所述电路输出端C用于输出第二电压，所述第二电压用于确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征，所述乘法器U5的输出端还与所述同相加法器的输入端连接；所述同相加法器的输出端与所述电路输出端D连接，所述电路输出端D用于输出第三电压，所述第三电压用于确定三阶荷控忆阻器的伏安特性。本发明所述新型三阶荷控忆阻器等效电路可同时实现三种荷控忆阻器的伏安特性，能够广泛代替实际三阶荷控忆阻器进行实验测试和应用研究，并且构建所述三阶荷控忆阻器的等效电路采用了较少的有源元器件，使得所述三阶荷控忆阻器的等效电路在实际运用中体积变小，提高了整个电路与系统使用的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种新型三阶荷控忆阻器等效电路的结构示意图；

图2为采用第一电压确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征时的电路等效图；

图3为采用第二电压确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征时的电路等效图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种新型三阶荷控忆阻器等效电路，能够广泛代替实际三阶荷控忆阻器进行实验测试和应用研究。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明根据电荷量q与磁通量

当β＝0时，确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征的公式为

如图1所示，本发明所述新型三阶荷控忆阻器等效电路包括放大器、积分器、同相加法器、乘法器U4、乘法器U5、乘法器U6、电路输出端B、电路输出端C、电路输出端D。

所述放大器的输入端用于输入电流，所述放大器的输出端分别与所述积分器的输入端、乘法器U5的第一输入端和乘法器U6的第一输入端连接。

进一步，所述放大器包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R5；所述电阻R1的一端用于输入电流；所述电阻R1的另一端与运算放大器U1的负输入端连接；所述电阻R2的一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R2的另一端接地；所述运算放大器U1的负端与所述电阻R1的另一端连接，所述运算放大器U1的正输入端接地；所述电阻R5的两端分别与所述运算放大器U1的负端和输出端连接。所述放大器的输出电压V1与电阻R2之间的关系式为：V1＝-(R

所述积分器的输出端分别与所述乘法器U4的第一输入端和第二输入端，及乘法器U5的第二输入端连接。

进一步，所述积分器包括运算发大器U2、电容C1、电阻R7和二极管D；所述电阻R7一端与所述放大器输出端连接；所述电阻R7的另一端与所述运算发大器U2的负端连接，所述运算发大器U2的正端接地；所述电容的两端分别与所述运算发大器U2的负端和输出端连接；所述二极管D的阳极端与与所述运算发大器U2的负端连接，所述二极管D的阴极端与所述运算发大器U2的输出端连接。所述积分器的输出电压V2与电压V1的关系式为：

所述乘法器U4的输出端与所述乘法器U6的第二输入端连接，所述乘法器U6的输出端与所述同相加法器的输入端连接，所述乘法器U6的输出端还与所述电路输出端B连接，所述电路输出端B用于输出第一电压V5，所述第一电压V5用于确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征。所述乘法器U4的输出电压V3与电压V2的关系式为V3＝V2

具体的，当采用所述第一电压V5确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征时，电路等效为图2，V

所述乘法器U5的输出端与所述电路输出端C连接，所述电路输出端C用于输出第二电压V4，所述第二电压V4用于确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征，所述乘法器U5的输出端还与所述同相加法器的输入端连接。所述乘法器U5的输出电压V4与电压V1和电压V2的关系式为V4＝V1V2/10，即第二电压

具体的，当采用所述第二电压V4确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征时，电路等效为图3，V

所述同相加法器的输出端与所述电路输出端D连接，所述电路输出端D用于输出第三电压V6，所述第三电压V6用于确定三阶荷控忆阻器的伏安特性。

进一步，所述同相加法器包括运算放大器U3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；所述电阻R8的一端、电阻R9的一端和电阻R10的一端均与所述运算放大器U3的正端连接，所述电阻R11的一端与所述运算放大器U3的负端连接；所述电阻R8的另一端和电阻R11的另一端接地，所述电阻R9的另一端与所述乘法器U6的输出端连接，所述电阻R10的另一端与所述乘法器U5的输出端连接；所述运算放大器U3的输出端与所述电路输出端D连接；所述电阻R12的两端分别与所述运算放大器U3负端和输出端连接。所述同相加法器的输出电压V6与电压V4和电压V5的关系式为：V6＝V4+V5，即第三电压

具体的，当采用所述第三电压V6确定三阶荷控忆阻器的伏安特性时，V

实施例2

一种忆阻器测试方法，所述方法包括如下步骤：

S1获取实施例1中所述新型三阶荷控忆阻器等效电路的输出电压；

S2所述输出电压为第一电压V5、第二电压V4和第三电压V6中的一个或多个，所述第一电压V5用于确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征；所述第二电压V4用于确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征，所述第三电压V6用于确定三阶荷控忆阻器的伏安特性；

S3利用所述输出电压进行三阶荷控忆阻器的测试。

进一步，确定三阶荷控忆阻器的三次非线性特征的公式为：

式中，M

确定三阶荷控忆阻器的二次非线性特征为：

式中，M

确定三阶荷控忆阻器的伏安特性为：

式中，M

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。