[发明专利]一种二次光滑流控忆阻器模拟电路

说明书

该发明公开了一种二次光滑流控忆阻器模拟电路，其利用模拟电路实现了二次光滑流控忆阻器的伏安紧致特性，属于电路设计技术领域。利用集成运算电路设计实现了该忆阻器的本征关系。具体的说，利用运算放大器设计转换电路实现了电流、电压信号的等值转换；利用反相比例器实现输入电压信号和输出电压信号的比例运算，并成使输入、输出成反相关系；利用反相比例加法器，实现多个输入电压信号加法运算，使其和作为输出电压信号且极性相反；利用反相积分器实现对输入电压信号的积分运算；利用乘法电路来实现两个输入电压信号的乘积运算。本发明的设计电路，可代替实际二次光滑流控忆阻器模拟电路实现及与其相关的电路设计、实验及应用，对其与它电子元件串并联等电气特性研究及实际应用研究具有重要的意义。

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种二次光滑流控忆阻器模拟电路。

背景技术

基于对称逻辑关系，1971年Chua预测了关联电荷和磁通的第四种基本电路元件——忆阻器的存在，其名称源于阻值对通过它电量的历史依赖性。1976年，其把忆阻器进一步扩展到忆阻系统，给出了判断忆阻器特征指纹的紧致效应和频率效应。这些研究仅局限于理论探讨，实物忆阻器仍未出现。2008年，惠普实验室制备了第一个非易失纳米级存储器件，表现出忆阻器的特征指纹，使忆阻器的存在获得实物验证。随后，多种具有忆阻特征指纹的模型和器件被构建及制备。根据本征关系，这些忆阻器可以分为四大类：理想忆阻器、广义理想忆阻器、广义忆阻器和扩展忆阻器。惠普忆阻器为理想忆阻器。Hodgkin-Huxley(HH)轴突电路模型中的时变钾离子通道和时变钠离子通道均为实不变忆阻器，以及藤壶肌肉纤维的Morris-Lecar(莫里斯-莱卡尔)电路模型中钙离子通道和钾离子通道也是实不变忆阻器，两者均为广义忆阻器范畴。这促发设计广义忆阻器模型开展生物神经传输机理的理论分析与研究，从理论上具有重要价值和实际的可行性，也是该发明的初衷。同时，忆阻器件在人工神经网络、非线性电路与系统、通讯工程和新型计算机构架等领域也具有广阔的应用前景。然而，由于纳米实物忆阻器具有成本高和实现困难等问题，其仍然没有商业化。因此，利用等效模拟电路代替实物忆阻器，进行理论分析与试验研究，具有广泛而深远的意义。

目前，已报道的忆阻器仿真模型多为压控忆阻器模型，一般为PSPICE仿真模型和模拟压控忆阻器的硬件等效电路。流控忆阻器由于其电路设计转换困难，研究较少。主要表现为流控忆阻器模型压流转换复杂、难以实际实现及精确模拟实物流控忆阻器的特性。因此，设计一种易于实现以及精确程度高的二次光滑流控忆阻器等效电路具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种二次光滑流控忆阻器模拟电路，设计合理，克服了现有技术的不足，展示了忆阻器的特性指纹。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种流控忆阻器等效模拟电路，包括电阻网络、反相比例器、反相比例加法器、反相积分器和乘法器。

配置放大器U1，实现电压、电流信号转换，为后续电路模块的设计提供技术支持；

配置反相比例器，实现输入电压与输出电压的比例运算且两者极性相反：包括第一反相比例器U2和第二反相比例器U5；

配置反相比例加法器，实现多输入电压信号相加，使其和作为输出电压且极性相反；

配置反相积分器，实现对输入电压信号的积分运算；

配置乘法器，实现两个输入信号乘积运算：包括第一乘法器UA1、第二乘法器UA2和第三乘法器UA3；

该等效模拟电路包括两个闭环电路：第一个是由电阻网络、运算放大器U1、第一乘法器UA1、第二乘法器UA2、第三乘法器UA3、第一反相比例器U2、第二反相比例器U5、反相加法器U3和反相积分器U4、通过线路连接组成的第一闭环电路；第二个是由直流电压源V1，第11电阻R11和第12电阻R12连接组成的第二闭环电路。