本發(fā)明涉及一種hp憶阻等效電路，尤其涉及一種具有雙極特性的浮地型憶阻等效電路的設(shè)計。

背景技術(shù)：

憶阻(memristor)是描述電荷(charge)和磁通(magneticflux)關(guān)系的實現(xiàn)電路的基本組成元件。1971年，蔡少棠從理論上預(yù)測了憶阻元件的存在性，2008年，惠普公司實驗室史特科夫等在《自然》上首次報道了憶阻器的實現(xiàn)性。憶阻是一種有記憶功能的非線性電阻(nonlinearresistor)，可以記憶流經(jīng)它的電荷數(shù)量，通過控制電流(current)的變化可改變其阻值，而且這種變化當斷電時還能繼續(xù)保持，這就使得憶阻成為天然的非揮發(fā)性存儲器，其記憶特性將對計算機科學、生物工程學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、電子工程、通信工程等產(chǎn)生極其深遠的影響。

然而hptio2憶阻采用的納米技術(shù)，存在實現(xiàn)困難和成本高的缺陷，憶阻器目前還未作為一個實際的元件走向市場，因此設(shè)計一種憶阻等效電路并用其替代實際憶阻器進行實驗和應(yīng)用研究具有重要意義。

目前雖然已經(jīng)報導(dǎo)了少量的憶阻器等效電路，但是結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，而且多以接地形式為主，而且與hp憶阻模型的誤差較大，且等效電路只能對hp憶阻的增量或減量一種特性進行等效，難以精確模擬實際憶阻器的特性，使得等效電路的應(yīng)用存在缺陷。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的浮地型hp憶阻器等效電路，通過改變連接方式可以實現(xiàn)增量和減量兩種特性的模擬。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是針對現(xiàn)有hptio2憶阻等效電路結(jié)構(gòu)的不足提供一種浮地型hp憶阻器等效電路，用以模擬憶阻器的伏安特性，具有結(jié)構(gòu)簡單，與hp憶阻模型的誤差小等優(yōu)點。

上述目的通過下述的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

包括運放u1、電流傳輸器u2和u3、乘法器u4以及電阻r1和r2、電容c1。

所述電阻r1的兩端標注為a和b端，電阻r2的兩端標注為c和d端，電容c1的兩端標注為e和f端。

所述a端連接輸入端v1，b端與電流傳輸器u2的y端連接，e端與電流傳輸器u2的z端連接，f端與地連接，電流傳輸器u2的x端與地連接，構(gòu)成積分器。

所述乘法器u4的x1端與電流傳輸器u2的輸出w端連接，y1端與輸入端v1連接，乘法器u4的x2端和y2端與地連接。

所述運放u1的正輸入x端連接輸入端v1，負輸入y端連接輸出端z端，構(gòu)成電壓跟隨器。

所述c端連接運放u1的輸出端z端，d端與電流傳輸器u3的z端連接，電流傳輸器u3的x端與乘法器u4的輸出w端連接，電流傳輸器u3的輸出w端與地連接，電流傳輸器u3的y端連接輸入端v2。

電阻r1和r2的阻值相等。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明設(shè)計了一種能夠?qū)崿F(xiàn)浮地憶阻器伏安特性的模擬等效電路，該模擬電路僅含有一個運放、兩個電流傳輸器、一個乘法器以及兩個電阻、一個電容，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于構(gòu)建。

2、使用電流傳輸器和一個電阻、一個電容實現(xiàn)了積分運算，結(jié)構(gòu)簡單，積分精度高。

3、電路的雙端口明確，數(shù)學概念清晰，可接入電路中與其他元件串聯(lián)或并聯(lián)使用。

4、改變乘法器的輸入端口x1和x2連接可實現(xiàn)增量憶阻與減量憶阻的變換，更加符合hp憶阻特性。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中：

圖1是本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是增量憶阻乘法器的連接示意圖。

圖3是該憶阻等效電路兩輸入端加正弦波時的u-i特性曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

hptio2憶阻的數(shù)學模型為：

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，憶阻的電壓與電流關(guān)系為

其中，x(t)＝kq(t)，這里的q(t)代表電流i(t)通過憶阻的電荷量。進一步可以得到

rm(t)＝roff[1-kq(t)](5)

本發(fā)明電路就是設(shè)計一種模擬電路實現(xiàn)式(5)所描述的運算。

如圖1所示，該等效電路包括運放u1、電流傳輸器u2和u3、乘法器u4以及電阻r1和r2、電容c1。電阻r1的a端連接輸入端v1，b端與電流傳輸器u2的y端連接，電容c1的e端與電流傳輸器u2的z端連接，f端與地連接，電流傳輸器u2的x端與地連接，構(gòu)成積分器。根據(jù)電流傳輸器的特性，x端與y端電壓相等，vx＝vy＝0；x端口電流為0，ix＝0；z端口電壓與輸出w端電壓相等，vz＝vw；z端與y端電流相等，iz＝iy＝iin。所以對于電流傳輸器u2端口的電流和電壓有如下關(guān)系：

所述乘法器u4的x1端與電流傳輸器u2的輸出w端連接，y1端與輸入端v1連接，乘法器u4的x2端和y2端與地連接。所以乘法器輸出電壓v4為

所述運放u1的正輸入x端連接輸入端v1，負輸入y端連接輸出端z端，構(gòu)成電壓跟隨器，所述r2的c端連接運放u1的輸出端z端，d端與電流傳輸器u3的z端連接，電流傳輸器u3的x端與乘法器u4的輸出w端連接，電流傳輸器u3的輸出w端與地連接，電流傳輸器u3的y端連接輸入端v2。所以u1的輸出電壓v5＝v1，又因為電阻r1和r2的阻值相等，r2的電流i2＝iin；對于電流傳輸器u3的端口電壓和電流有如下關(guān)系：

iy＝i2＝iin(9)

可見，流進該憶阻等效電路的電流和流出電流都為iin，實現(xiàn)了浮地特性；而且等效電路的端口電壓v(t)為

所以該等效電路阻值為

對比式(12)和式(5)，令r1＝roff，那么兩個表達式是一致的，說明該等效電路實現(xiàn)了hp憶阻器的v-i特性，且為hp減量憶阻的特性。

如圖2所示，乘法器u4的x2端與電流傳輸器u2的輸出w端連接，y1端與輸入端v1連接，乘法器u4的x1端和y2端與地連接，則乘法器輸出電壓v4為

此時等效電路的端口電壓v(t)為

該等效電路阻值變?yōu)?/p>

該等效電路實現(xiàn)了hp增量憶阻的特性。

圖3為在等效電路兩端加入幅度為2v，頻率5hz、50hz、100hz的正弦波，得到的v-i特性曲線圖，符合憶阻器的電氣特性。

有益效果

本發(fā)明設(shè)計了一種能夠?qū)崿F(xiàn)浮地憶阻器伏安特性的模擬等效電路，該模擬電路僅含有一個運放、兩個電流傳輸器、一個乘法器以及兩個電阻、一個電容，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于構(gòu)建。通過使用電流傳輸器實現(xiàn)了積分運算，結(jié)構(gòu)簡單，積分精度高。該電路的雙端口明確，數(shù)學概念清晰，可接入電路中與其他元件串聯(lián)或并聯(lián)使用。改變乘法器的輸入端口x1和x2連接可實現(xiàn)增量憶阻與減量憶阻的變換，更加符合hp憶阻特性。

上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變動或改進。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。