一种具有双极特性的浮地型HP忆阻等效电路的制作方法

本发明涉及一种hp忆阻等效电路，尤其涉及一种具有双极特性的浮地型忆阻等效电路的设计。

背景技术：

忆阻(memristor)是描述电荷(charge)和磁通(magneticflux)关系的实现电路的基本组成元件。1971年，蔡少棠从理论上预测了忆阻元件的存在性，2008年，惠普公司实验室史特科夫等在《自然》上首次报道了忆阻器的实现性。忆阻是一种有记忆功能的非线性电阻(nonlinearresistor)，可以记忆流经它的电荷数量，通过控制电流(current)的变化可改变其阻值，而且这种变化当断电时还能继续保持，这就使得忆阻成为天然的非挥发性存储器，其记忆特性将对计算机科学、生物工程学、神经网络、电子工程、通信工程等产生极其深远的影响。

然而hptio2忆阻采用的纳米技术，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，因此设计一种忆阻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。

目前虽然已经报导了少量的忆阻器等效电路，但是结构都较为复杂，而且多以接地形式为主，而且与hp忆阻模型的误差较大，且等效电路只能对hp忆阻的增量或减量一种特性进行等效，难以精确模拟实际忆阻器的特性，使得等效电路的应用存在缺陷。本发明要解决的技术问题就是提供一种结构简单的浮地型hp忆阻器等效电路，通过改变连接方式可以实现增量和减量两种特性的模拟。

技术实现要素：

本发明的主要目的是针对现有hptio2忆阻等效电路结构的不足提供一种浮地型hp忆阻器等效电路，用以模拟忆阻器的伏安特性，具有结构简单，与hp忆阻模型的误差小等优点。

上述目的通过下述的技术方案来实现：

包括运放u1、电流传输器u2和u3、乘法器u4以及电阻r1和r2、电容c1。

所述电阻r1的两端标注为a和b端，电阻r2的两端标注为c和d端，电容c1的两端标注为e和f端。

所述a端连接输入端v1，b端与电流传输器u2的y端连接，e端与电流传输器u2的z端连接，f端与地连接，电流传输器u2的x端与地连接，构成积分器。

所述乘法器u4的x1端与电流传输器u2的输出w端连接，y1端与输入端v1连接，乘法器u4的x2端和y2端与地连接。

所述运放u1的正输入x端连接输入端v1，负输入y端连接输出端z端，构成电压跟随器。

所述c端连接运放u1的输出端z端，d端与电流传输器u3的z端连接，电流传输器u3的x端与乘法器u4的输出w端连接，电流传输器u3的输出w端与地连接，电流传输器u3的y端连接输入端v2。

电阻r1和r2的阻值相等。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设计了一种能够实现浮地忆阻器伏安特性的模拟等效电路，该模拟电路仅含有一个运放、两个电流传输器、一个乘法器以及两个电阻、一个电容，电路结构简单，易于构建。

2、使用电流传输器和一个电阻、一个电容实现了积分运算，结构简单，积分精度高。

3、电路的双端口明确，数学概念清晰，可接入电路中与其他元件串联或并联使用。

4、改变乘法器的输入端口x1和x2连接可实现增量忆阻与减量忆阻的变换，更加符合hp忆阻特性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明电路结构示意图。

图2是增量忆阻乘法器的连接示意图。

图3是该忆阻等效电路两输入端加正弦波时的u-i特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

hptio2忆阻的数学模型为：

m(t)＝ronx(t)+roff(1-x(t))(1)

其中，x(t)＝w(t)/d∈(0,1)，k＝μvron/d²，

m(t)＝roff+k(ron-roff)q(t)(3)

因此，忆阻的电压与电流关系为

其中，x(t)＝kq(t)，这里的q(t)代表电流i(t)通过忆阻的电荷量。进一步可以得到

rm(t)＝roff[1-kq(t)](5)

本发明电路就是设计一种模拟电路实现式(5)所描述的运算。

如图1所示，该等效电路包括运放u1、电流传输器u2和u3、乘法器u4以及电阻r1和r2、电容c1。电阻r1的a端连接输入端v1，b端与电流传输器u2的y端连接，电容c1的e端与电流传输器u2的z端连接，f端与地连接，电流传输器u2的x端与地连接，构成积分器。根据电流传输器的特性，x端与y端电压相等，vx＝vy＝0；x端口电流为0，ix＝0；z端口电压与输出w端电压相等，vz＝vw；z端与y端电流相等，iz＝iy＝iin。所以对于电流传输器u2端口的电流和电压有如下关系：

所述乘法器u4的x1端与电流传输器u2的输出w端连接，y1端与输入端v1连接，乘法器u4的x2端和y2端与地连接。所以乘法器输出电压v4为

所述运放u1的正输入x端连接输入端v1，负输入y端连接输出端z端，构成电压跟随器，所述r2的c端连接运放u1的输出端z端，d端与电流传输器u3的z端连接，电流传输器u3的x端与乘法器u4的输出w端连接，电流传输器u3的输出w端与地连接，电流传输器u3的y端连接输入端v2。所以u1的输出电压v5＝v1，又因为电阻r1和r2的阻值相等，r2的电流i2＝iin；对于电流传输器u3的端口电压和电流有如下关系：

iy＝i2＝iin(9)

可见，流进该忆阻等效电路的电流和流出电流都为iin，实现了浮地特性；而且等效电路的端口电压v(t)为

所以该等效电路阻值为

对比式(12)和式(5)，令r1＝roff，那么两个表达式是一致的，说明该等效电路实现了hp忆阻器的v-i特性，且为hp减量忆阻的特性。

如图2所示，乘法器u4的x2端与电流传输器u2的输出w端连接，y1端与输入端v1连接，乘法器u4的x1端和y2端与地连接，则乘法器输出电压v4为

此时等效电路的端口电压v(t)为

该等效电路阻值变为

该等效电路实现了hp增量忆阻的特性。

图3为在等效电路两端加入幅度为2v，频率5hz、50hz、100hz的正弦波，得到的v-i特性曲线图，符合忆阻器的电气特性。

有益效果

本发明设计了一种能够实现浮地忆阻器伏安特性的模拟等效电路，该模拟电路仅含有一个运放、两个电流传输器、一个乘法器以及两个电阻、一个电容，电路结构简单，易于构建。通过使用电流传输器实现了积分运算，结构简单，积分精度高。该电路的双端口明确，数学概念清晰，可接入电路中与其他元件串联或并联使用。改变乘法器的输入端口x1和x2连接可实现增量忆阻与减量忆阻的变换，更加符合hp忆阻特性。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的其他技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动或改进。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。