[发明专利]一种指数型流控忆阻器的电路模型

说明书

本发明公开了一种指数型流控忆阻器的电路模型，本发明包括集成运算放大器U1、集成运算放大器U2和乘法器U3，输入电流i(t)经过集成运算放大器U1得到忆阻器的电荷量，再经过集成运算放大器U2和乘法器U3最终得到忆阻器的电压量；集成运算放大器U1主要实现积分运算；集成运算放大器U2主要实现指数运算和加法运算。本发明提出了一种实现忆阻器特性的模拟电路，用模拟忆阻器的伏安特性，替代实际忆阻器进行实验和应用。

技术领域

本发明属于电路器件模型设计技术领域，涉及一种指数形式的流控忆阻器仿真器电路，具体涉及一种符合指数型流控忆阻器电压-电流紧磁滞回关系的仿真器电路。

背景技术

忆阻器是一类具有记忆特性的非线性电路元器件。2008年惠普实验室实现了忆阻器。此类器件具有纳米结构和记忆特性，无需电源即可存储信息，还具有脉冲状态工作和调节神经元突触的理想特性，可应用于非易失性存储器和人工神经网络等领域。但是，由于纳米技术存在实现困难和成本高的缺陷，忆阻器目前还未作为一个实际的元件走向市场。因而，设计一种忆阻器等效电路并用其替代实际忆阻器进行实验和应用研究具有重要意义。目前，虽然已报道了多种忆阻器仿真器模型，但以PSPICE仿真模型居多其数学模型和电路模型还不够完善，有的模型较复杂，导致实际应用中难以实现；有的误差较大，难以精确模拟实际忆容器的特性。因此，设计一种更符合其特性的数学模型和对应的等效电路模型具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种指数形式的流控忆阻器数学模型和等效电路模型，数学模型为u(t)＝M₀e^(a+bq(t))i(t)，其中，u(t)和i(t)为忆阻器的电压与电流，q(t)＝∫i(t)dt，M₀为q(t)＝0时的忆阻值，a,b为常系数；该模型用以模拟忆阻器的伏安特性，替代实际忆阻器进行实验和应用研究。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：实现忆阻器仿真器的电路，包括电荷产生电路和指数型流控忆阻器等效电路，电荷产生电路由集成运算放大器U1组成，用于实现积分运算，产生的电荷作为集成运算放大器U2的输入信号。指数型流控忆阻器等效电路由集成运算放大器U2和乘法器U3构成，集成运算放大器U2用于实现加法运算和指数运算，得到需要的指数信号，乘法器U3实现将指数信号和输入的电流相乘，得到最终忆阻器的电压值。

进一步优选的，集成运算放大器U1和集成运算放大器U2采用LM324N；乘法器U3采用AD633JN；集成运算放大器U1的第1引脚与第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端连接，第2引脚与第一电阻R1的一端、第一电容C1的另一端、第二电阻R2的另一端连接，第3引脚接地，第4引脚接电源VCC，第11引脚接电源VEE。

更进一步优选的，集成运算放大器U2的第1引脚与第五电阻R5的一端、二极管D1的一端连接，第2引脚与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第3、10、12引脚接地，第4引脚接电源VCC，第8引脚与第九电阻R9的一端、乘法器U3的第3引脚连接，第9引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的另一端连接，第11引脚接电源VEE，第13引脚与第六电阻R6的一端、二极管D1的另一端连接，第14引脚与第六电阻R6的另一端、第八电阻R8的另一端连接，第一电阻R1的另一端作为电流输入端，第4电阻R4的另一端接-1V的电压，第7电阻R7的另一端接-1V的电压。乘法器U3的第1引脚与输入电流i(t)相连，第2、4、6引脚接地，第5引脚接电源VEE，第7引脚作为电压的输出端，第8引脚接电源VCC。

本发明设计了一种能够实现忆阻器伏安特性的指数型模拟等效电路，该模拟电路含有2个集成运放和1个乘法器，结构简单。本发明利用集成运算放大器和模拟乘法器电路实现忆阻器特性中的相应运算，其中，集成运算放大器主要用于实现电流的积分运算、电流积分的指数运算、电压反向放大运算和加法运算，模拟乘法器用于实现电流与电流积分指数形式的乘积运算。