專利名稱：一種基于阻變憶阻器的電壓保護(hù)電路及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓保護(hù)電路，尤其涉及一種基于阻變憶阻器的電壓保護(hù)電路及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著人類文明的進(jìn)步和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)于電路集成度的要求越來(lái)越高。阻變憶阻器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、面積小、便于大規(guī)模集成、非揮發(fā)存儲(chǔ)及阻值連續(xù)可變等優(yōu)點(diǎn)，而迅速受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。而應(yīng)用阻變憶阻器的電路，也因?yàn)樽枳兇鎯?chǔ)器的特點(diǎn)而具備了高集成度、速度快、低功耗操作及斷電后數(shù)據(jù)可保持等特性，進(jìn)而得到了迅速的發(fā)展，包括阻變憶阻器在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA、可編程電路、神經(jīng)電路及邏輯應(yīng)用等等領(lǐng)域電路的研究都在如火如荼地展開(kāi)。然而，阻變憶阻器的實(shí)體器件的制備成功不過(guò)幾年時(shí)間，與應(yīng)用硅基金屬氧化物半導(dǎo)體MOS器件的電路相比，應(yīng)用阻變憶阻器的基本功能電路單元尚不完善，急需進(jìn)一步發(fā)展補(bǔ)充。另一方面，在電路中，各元件只能在一定的電壓范圍內(nèi)正常工作，如果由于電源電壓不穩(wěn)或者靜電等原因造成超過(guò)工作電壓，就會(huì)損壞元件，電路就不能正常工作，而且這種損壞是不可逆的。因此，在電路中接入穩(wěn)定可靠的電壓保護(hù)電路非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)需要解決的問(wèn)題，提出本發(fā)明。 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種基于阻變憶阻器的電壓保護(hù)電路。本發(fā)明的電壓保護(hù)電路包括電阻連接至運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端；運(yùn)算放大器的另一輸入端接地；阻變憶阻器連接在電阻連接至運(yùn)算放大器的一端與運(yùn)算放大器的輸出端之間；阻變憶阻器為雙極阻變憶阻器；電阻和阻變憶阻器與運(yùn)算放大器的連接為同相電壓保護(hù)電路或者為反相電壓保護(hù)電路。阻變憶阻器可以是如阻變存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器等面積小且具有電阻連續(xù)變化的各種新型存儲(chǔ)器件中的一種。在同相電壓保護(hù)電路中，電阻連接至運(yùn)算放大器的正輸入端；運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接地；阻變憶阻器的負(fù)極與運(yùn)算放大器的正輸入端相連，阻變憶阻器的正極與運(yùn)算放大器的輸出端相連。在反相電壓保護(hù)電路中，電阻連接至運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；運(yùn)算放大器的正輸入端接地；阻變憶阻器的正極與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端相連，阻變憶阻器的負(fù)極與運(yùn)算放大器的輸出端相連。在阻變憶阻器的兩端施加電壓，阻變憶阻器具有一定的阻值。當(dāng)施加在阻變憶阻器的兩端的電壓超過(guò)一定閾值時(shí)，阻變憶阻器的阻值發(fā)生改變。若阻變憶阻器的負(fù)極接地，在正極上施加正向電壓，那么當(dāng)電壓較小時(shí)，阻變憶阻器的阻值不發(fā)生變化，當(dāng)外加電壓超過(guò)阻變憶阻器的發(fā)生阻變的閾值時(shí)，阻變憶阻器的阻值發(fā)生變化。由于外加電壓為正向電壓，且加在正極上，那么阻變憶阻器的阻值會(huì)隨所施加的電壓的增加而減小。以同相電壓保護(hù)電路為例說(shuō)明本發(fā)明的電壓保護(hù)電路的工作原理。初始狀態(tài)時(shí)，阻變憶阻器的阻值M處于初始值Mo，此時(shí)電路的輸出Vo = Vin · Mc/R。根據(jù)電路原理可知工作時(shí)運(yùn)算放大器的正輸入端為虛地端，電壓約為零，那么輸出電壓的大小即為阻變憶阻器兩端的電壓。若輸入電壓是線性增長(zhǎng)的，那么當(dāng)電壓較低時(shí)，加在阻變憶阻器兩端的電壓不超過(guò)其發(fā)生阻變的閾值，那么輸出會(huì)按照Vo = Vin · M0ZR的規(guī)律隨著輸入變化；當(dāng)由于輸入電壓增加而使輸出電壓超過(guò)阻變憶阻器發(fā)生阻變的閾值時(shí)，加在阻變憶阻器兩端的電壓使得阻變憶阻器的阻值降低，從而使得輸出電壓穩(wěn)定在稍低于阻變憶阻器發(fā)生阻變的閾值電壓的位置，從而使得電路輸出電壓不會(huì)過(guò)高，以起到保護(hù)負(fù)載的作用。本發(fā)明的電壓保護(hù)電路保護(hù)電壓時(shí)，若為等值保護(hù)，阻變憶阻器的初始值M0與電阻的阻值R相等，即Mtl = R,此時(shí)，在輸入電壓未超過(guò)閾值時(shí)，輸出電壓與輸入電壓相等。阻 變憶阻器的阻值的變化范圍應(yīng)當(dāng)與電壓保護(hù)的范圍相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出如上所述的電壓保護(hù)電路用于放大電路或者衰減電路的用途。本發(fā)明的電路可以用作放大電路或者衰減電路。用作放大電路時(shí)，阻變憶阻器的初始值M0大于電阻的阻值IMtl > R ;用作衰減電路時(shí)，阻變憶阻器的初始值Mtl小于電阻的阻值，M0 < R0本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用加在阻變憶阻器兩端的電壓超過(guò)發(fā)生阻變的閾值時(shí)，阻變憶阻器的阻值變小的特性，通過(guò)在電阻連接至運(yùn)算放大器的一端與運(yùn)算放大器的輸出端之間連接阻變憶阻器，使得當(dāng)輸入電壓變大時(shí)，輸出電壓不會(huì)過(guò)高，從而以起到保護(hù)元件的作用。本發(fā)明的電壓保護(hù)電路，可調(diào)范圍寬，電路穩(wěn)定，好控制，而且電路簡(jiǎn)單。


圖I是本發(fā)明的同相電壓保護(hù)電路的電路圖；圖2是本發(fā)明的反相電壓保護(hù)電路的電路圖；圖3是阻變憶阻器的阻值隨電壓變化的曲線圖；圖4是本發(fā)明的同相電壓保護(hù)電路的輸入電壓和輸出電壓隨時(shí)間變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的電阻和阻變憶阻器與運(yùn)算放大器的連接為同相電壓保護(hù)電路或者為反相電壓保護(hù)電路。如圖I所示，在同相電壓保護(hù)電路中，電阻連接至運(yùn)算放大器的正輸入端；運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接地；阻變憶阻器的負(fù)極與運(yùn)算放大器的正輸入端相連，阻變憶阻器的正極與運(yùn)算放大器的輸出端相連，其中R為電阻的阻值，M為阻變憶阻器的阻值，輸出電壓No=Vin · M/R。如圖2所示，在反相電壓保護(hù)電路中，電阻連接至運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；運(yùn)算放大器的正輸入端接地；阻變憶阻器的正極與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端相連，阻變憶阻器的負(fù)極與運(yùn)算放大器的輸出端相連，其中R為電阻的阻值，M為阻變憶阻器的阻值，輸出電壓Vo=Vin · M/R。如圖3所示，阻變憶阻器的負(fù)極接地，在正極上施加正向電壓，那么當(dāng)電壓較小時(shí)，阻變憶阻器的阻值不發(fā)生變化，當(dāng)外加電壓超過(guò)阻變憶阻器的閾值時(shí)，阻變憶阻器的阻值發(fā)生變化。由于外加電壓為正向電壓，且加在正極上，那么阻變憶阻器的阻值會(huì)隨所施加的電壓的增加而減小。以圖I所示的同相電壓保護(hù)電路為例說(shuō)明本發(fā)明的電壓保護(hù)電路的工作原理。初始狀態(tài)時(shí)阻變憶阻器M處初始值M0,為了在輸入電壓未超過(guò)閾值時(shí)，輸出電壓等于輸入電壓，取該阻值與電阻R的阻值相等，即Mtl = R = IOkQ，此時(shí)電路的輸出No =Vin *M0/R = Vin ;阻變憶阻器發(fā)生阻變的閾值電壓為I. 5V。由電路原理可得工作時(shí)運(yùn)算放大器的正輸入端為虛地端，電壓約為零，那么輸出電壓的大小即為阻變憶阻器兩端的電壓。 輸入一個(gè)在500ns時(shí)間內(nèi)由OV至5V線性增長(zhǎng)的電壓，那么當(dāng)輸入電壓小于I. 5V (由Ons至250ns的時(shí)間范圍內(nèi))時(shí)，加在阻變憶阻器兩端的電壓不超過(guò)其發(fā)生阻變的閾值，那么輸出與輸入相同，電壓正常傳輸；當(dāng)輸入電壓超過(guò)阻變憶阻器發(fā)生阻變的閾值I. 5V(由250ns至500ns的時(shí)間范圍內(nèi))時(shí)，按照阻變憶阻器在電路中的極性連接，加在阻變憶阻器的兩端的電壓使得阻變憶阻器的阻值降低，從而使得輸出電壓穩(wěn)定在稍低于阻變憶阻器發(fā)生阻變的閾值電壓的位置(約I. 49V)，從而使得電路輸出電壓不會(huì)過(guò)高，以起到保護(hù)負(fù)載的作用。整個(gè)過(guò)程的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖4所示。最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電壓保護(hù)電路，其特征在于，所述電路包括電阻連接至運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端；運(yùn)算放大器的另一輸入端接地；阻變憶阻器連接在電阻連接至運(yùn)算放大器的一端與運(yùn)算放大器的輸出端之間；阻變憶阻器為雙極阻變憶阻器；電阻和阻變憶阻器與運(yùn)算放大器的連接為同相電壓保護(hù)電路或者為反相電壓保護(hù)電路。
2.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述阻變憶阻器是阻變存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器等面積小且具有電阻連續(xù)變化的各種新型存儲(chǔ)器件中的一種。
3.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，在同相電壓保護(hù)電路中，電阻連接至運(yùn)算放大器的正輸入端；運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接地；阻變憶阻器的負(fù)極與運(yùn)算放大器的正輸入端相連，阻變憶阻器的正極與運(yùn)算放大器的輸出端相連。
4.如權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，在反相電壓保護(hù)電路中，電阻連接至運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；運(yùn)算放大器的正輸入端接地；阻變憶阻器的正極與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端相連，阻變憶阻器的負(fù)極與運(yùn)算放大器的輸出端相連。
5.一種權(quán)利要求I所述的電壓保護(hù)電路用于放大電路或者衰減電路的用途。
6.如權(quán)利要求5所述的用途，其特征在于，用作放大電路時(shí)，阻變憶阻器的初始值Mtl大于電阻的阻值IMtl > R ;用作衰減電路時(shí)，阻變憶阻器的初始值Mtl小于電阻的阻值，Mtl < R0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于阻變憶阻器的電壓保護(hù)電路及其應(yīng)用。本發(fā)明的電壓保護(hù)電路包括電阻連接至運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端；運(yùn)算放大器的另一輸入端接地；阻變憶阻器連接在電阻連接至運(yùn)算放大器的一端與運(yùn)算放大器的輸出端之間；阻變憶阻器為雙極阻變憶阻器；電阻和阻變憶阻器與運(yùn)算放大器的連接為同相電壓保護(hù)電路或者為反相電壓保護(hù)電路。本發(fā)明利用加在阻變憶阻器兩端的電壓超過(guò)發(fā)生阻變的閾值時(shí)，阻變憶阻器的阻值變小的特性，通過(guò)在電阻與運(yùn)算放大器的輸出端之間連接阻變憶阻器，使得當(dāng)輸入電壓變大時(shí)，輸出電壓不會(huì)過(guò)高，從而以起到保護(hù)元件的作用。本發(fā)明的電壓保護(hù)電路，可調(diào)范圍寬，電路穩(wěn)定，好控制，而且電路簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102638030SQ20121011908
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者葉樂(lè), 張耀凱, 楊庚雨, 蔡一茂, 陳誠(chéng), 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)