[发明专利]一种用于模拟忆阻元件的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在教学实验中使用的用于模拟忆阻元件的实验装置，属于实验仪器技术领域。

背景技术

忆阻器是一种具有记忆功能的非线性电阻，是继电阻、电容、电感之后的第四种无源基本电路元件。作为基本元件的忆阻器的出现，必将导致电子电路的结构体系、原理、设计理论的变革，并促进电子行业新的应用领域的发展。忆阻器（Memristor）是由电荷q和磁通φ定义的一种非线性电阻。2008 年惠普实验室在纳米级上实现了具有忆阻器性能的器件后，相继提出了实现忆阻器性能的各种物理模型或装置。忆阻器在生物科学，人工神经网络，微电子等多个领域展现了其潜在的应用前景。

忆阻元件虽然由惠普实验室成功开发出了纳米尺度下的忆阻元件，但由于其尺度过小，致使对于忆阻元件的实验难以开展，忆阻元件的学习只能停留在概念上，给忆阻元件的教学造成了极大的困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种用于模拟忆阻元件的实验装置，为科研院校开展忆阻元件的实验教学提供方便。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种用于模拟忆阻元件的实验装置，构成中包括积分电路、V/I变换电路、非线性电阻和反馈电路，所述V/I变换电路包括两个运算放大器和五个电阻，第一运算放大器的同相输入端经第一电阻接积分电路的输出端，反相输入端经第二电阻接地并经第三电阻接其输出端，输出端依次经第四电阻和非线性电阻接地，第二运算放大器接成电压跟随器，其输入端接于第四电阻和非线性电阻之间，输出端经第五电阻接第一运算放大器的同相输入端。

上述用于模拟忆阻元件的实验装置，所述反馈电路包括微分电容、两个运算放大器和三个电阻，第三运算放大器的同相输入端经第六电阻接地，反相输入端经第七电阻接其输出端并经第八电阻接于第四电阻和非线性电阻之间，第四运算放大器采用AD844，其同相输入端接第三运算放大器的输出端，反相输入端经微分电容接地，TZ端接积分电路的输入端。

上述用于模拟忆阻元件的实验装置，所述积分电路包括第五运算放大器、积分电容和第九电阻，第五运算放大器采用AD844，其同相输入端为积分电路的输入端，反相输入端经第九电阻接地，TZ端经积分电容接地。

上述用于模拟忆阻元件的实验装置，所述非线性电阻由二极管和两个电阻连接而成，第十电阻与二极管串联连接后再与第十一电阻并联连接。

本发明利用由运算放大器、电阻等普通电路元器件构成的电路成功模拟了纳米尺度下忆阻元件的伏安特性，很好地解决了目前忆阻元件的实验教学难以开展的难题，为学习和研究忆阻电路提供了实用工具。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是线性双口网络的结构；

图2是由两受控源组成的双口网络的电路示意图；

图3是本发明的电原理图；

图4是本发明的仿真结果。

图中各标号清单为：F1～F5、第一运算放大器～第五运算放大器，D、二极管，C1、微分电容，C2、积分电容，R1～R11、第一电阻～第十一电阻。

具体实施方式

根据忆阻元件的定义：                                                ，实现忆阻元件装置的总思路为：通过构建一个将输出口电压电流关系转换为输入口电荷磁链关系的双口网络，将非线性电阻转换为忆阻。

    本发明依据的原理为，设有一个线性双口网络（如图1），其传输参数方程如式（1）所示：

                        （1）

由式（1）可得由两受控源组成的电路示意图（如图2），由图2可看出，在右侧端连接一VCCS（电压控制电流源），其电流值由式（2）确定：

                                       （2）

由电压与磁链关系可知：

                                       （3）

则可得：

                                       （4）

同理，左侧连接一VCCS，其电流由式（5）确定：

                                      （5）

                                     （6）

由电流与电荷关系可知：