一种浮地磁控忆阻模拟器的制作方法

本发明涉及一种忆阻模拟器，尤其涉及一种浮地磁控忆阻模拟器的设计。

背景技术：

美国加州大学蔡少棠教授在1971年理论预测了忆阻元件的存在性，并且提出了忆阻器的概念。近十年前，惠普公司首次物理实现了忆阻器，但是该忆阻采用的纳米技术，在制作上存在着巨大的困难，目前还未作为一个实际的元件走向市场。因此设计一种忆阻模拟器替代实际忆阻器进行实验和应用研究具有重要意义。

目前研究人员已经提出了不少忆阻模拟器，这些模拟器一部分输出端是以“接地”方式工作的，不能任意接入电路，在应用时会受到一定的限制，另一部分输出端电流io实际上是由外围电路决定的，而不是输入端流进的电流i，意味着自身不能确保两端的输入和输出电流相等，这些忆阻等效电路不支持用于模拟规范式忆阻元件。本发明要解决的技术问题就是提供一种浮地磁控忆阻模拟器，电路结构简单，采用磁控，解决输入输出电流不相等的问题，精确度高，并且不受接地限制，可应用于众多实际领域中，具有研究意义与价值。

技术实现要素：

本发明的主要目的是针对现有hptio2忆阻等效电路中输出端受到接地限制，自身不能确保两端的输入和输出电流相等，提供一种浮地磁控忆阻模拟器，通过电路来模拟出忆阻器的伏安特性，其具有结构简单，输入输出电流相等，忆阻特性明显，误差较小，容易实现，不受接地限制等优点。

上述目的通过下述的技术方案来实现：

电路包括运算放大器u1、电流传输器u2、乘法器u3、电流传输器u4、电流传输器u5以及电阻r1、r2、r3、r4和电容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，电阻r3的两端标注为d和e端，电阻r4的两端标注为e和f端，电容c1的两端标注为g和h端。

所述a端连接输入端v1，b端与电流传输器u5的y端连接，c端与乘法器u3的w端连接，运放u1的x端与a端相连接，运放u1的y端与d端相连接，运放u1的输出端z与e端连接。

所述电流传输器u2的正输入x端与a端连接，电流传输器u2的负输入y端与f端连接，电流传输器u2的输出端z端与电容c1的g端连接，电流传输器的w端与乘法器u3的x1端相连。

所述乘法器u3的x1端与电流传输器u2的输出端w连接，y1端与运放u1x端连接，x2、y2和z端与地连接，乘法器u3的输出端w端连接电流传输器u4的正输入端x。

所述电流传输器u4的z端与电流传输器u5的z端连接，u5的x端与地连接，电流传输器u4的y端连接输入端v2。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设计了一种浮地磁控忆阻模拟器，不受接地限制，采用电流传输器作为电流镜设计，解决输入输出电流不相等的问题。

2、使用一个运放和两个电阻，构造了一个简单的减法器电路，其结构简单。在构建积分电路时，在电容上并联一个阻值较大的电阻，提高了积分精度，同时也避免了电压漂移。

3、整体忆阻等效电路的实现思路较为清晰，所设计的磁控忆阻模拟器具有斜体“8”字紧磁滞回线特性，与理论上的忆阻模型特性相吻合。

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方案并结合附图，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是该忆阻模拟器输入正弦信号激励幅值固定，频率不同时磁控忆阻模拟器的伏安特性曲线。

图3是该忆阻模拟器输入正弦信号激励频率固定，幅值不同时磁控忆阻模拟器的伏安特性曲线。

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。

本发明电路就是设计一种模拟电路实现磁控忆阻模型所描述的运算。

电路包括运算放大器u1、电流传输器u2、乘法器u3、电流传输器u4、电流传输器u5以及电阻r1、r2、r3、r4和电容c1。

对于一个忆阻元件的定义是：如果一个二端元件，在任一时刻的磁通量和电荷量q(t)之间存在代数关系

这一关系可以由或平面上的一条曲线所确定，则此二端元件称为忆阻元件。当式(1)由磁通的单值函数表示时，即称其为磁通控制型忆阻。因此，磁通控制型忆阻(简称磁控忆阻)流过电流i(t)和两端电压v(t)之间的伏安关系可表示为

其中，

是磁控忆阻的忆导，则为忆阻。由此，本文新提出的一种磁控忆阻模型可描述为

其中，a、b是正常数。

由式(4)可知，对于忆阻有

所以设计的电路包括三部分：一是电压积分电路的设计，实现磁通的功能；二是控制电路设计，实现式(5)的功能；三是电流产生电路以及电流镜像电路的设计，实现浮地功能。具体实现电路如图1所示，这里，模拟器端口电压为u(t)＝v1-v2，端口电流为iin。

图1中，ad844an为电流传输器，具有以下特点：v+＝v-，vw＝vz，i+＝0，i-＝iz。ad844an2与ad844an3构成电流镜像电路，由于ad844的负端电流跟随z脚电流，所以输入电流iin从ad844an2负端传输到ad844an3负端进行输出，实现浮地的功能，其中，输入、输出电流iin＝v1/r1，电压v2＝v5。

运算放大器tl084与电阻r2、r3实现减法运算，v3电压为

当r3＝r2时，有v3＝2v2–v1。

ad844an1与r4电阻以及电容c1构成了积分运算电路，v4为电容c1上的积分电压，则

对于磁通有所以，式(6)可写为

对于四输入乘法器ad633芯片，主要完成积分电压v4与输入端电压v1之间的乘法运算，w端口为输出电压v5，根据乘法器ad633的工作原理，输出电压v5＝v2＝v1v4/10。所以由上述分析可得图1所示忆阻电路模拟器的二端口电压为

将v1＝r1iin代入式(8)，可得

将式(9)与式(4)比较可知，当a＝r1，b＝r1/(10r4c1)，图1所示电路实现了本发明所提出的磁控忆阻模型。

图2为在模拟器两端固定输入正弦信号激励幅值为4v，频率分别取20hz、40hz以及1khz，测得不同频率下磁控忆阻模拟器的伏安特性曲线；

图3为在模拟器两端固定输入正弦信号激励频率为20hz，幅值分别取4v、3v以及2v，测得不同幅值下磁控忆阻模拟器的伏安特性曲线。

本发明通过分析忆阻的定义，提出了一种新型磁控忆阻模型，并基于电流传输器ad844等通用电路元器件构建了可任意接入电路使用且输入输出电流相等的浮地忆阻电路模拟器，所设计的磁控忆阻模拟器具有斜体“8”字紧磁滞回线特性，与理论上的忆阻模型特性相吻合。

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。