[發(fā)明專利]一種用于模擬憶阻元件的實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410357989.1
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104134383B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 李力行;梁涵卿;董文凱;季一寧;鄧忻依
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司13108
• 代理人: 李羨民,高錫明

技術領域

本發(fā)明涉及一種在教學實驗中使用的用于模擬憶阻元件的實驗裝置，屬于實驗儀器技術領域。

背景技術

憶阻器是一種具有記憶功能的非線性電阻，是繼電阻、電容、電感之后的第四種無源基本電路元件。作為基本元件的憶阻器的出現(xiàn)，必將導致電子電路的結(jié)構(gòu)體系、原理、設計理論的變革，并促進電子行業(yè)新的應用領域的發(fā)展。憶阻器（Memristor）是由電荷q和磁通φ定義的一種非線性電阻。2008?年惠普實驗室在納米級上實現(xiàn)了具有憶阻器性能的器件后，相繼提出了實現(xiàn)憶阻器性能的各種物理模型或裝置。憶阻器在生物科學，人工神經(jīng)網(wǎng)絡，微電子等多個領域展現(xiàn)了其潛在的應用前景。

憶阻元件雖然由惠普實驗室成功開發(fā)出了納米尺度下的憶阻元件，但由于其尺度過小，致使對于憶阻元件的實驗難以開展，憶阻元件的學習只能停留在概念上，給憶阻元件的教學造成了極大的困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術之弊端，提供一種用于模擬憶阻元件的實驗裝置，為科研院校開展憶阻元件的實驗教學提供方便。

本發(fā)明所述問題是以下述技術方案實現(xiàn)的：

一種用于模擬憶阻元件的實驗裝置，構(gòu)成中包括積分電路、V/I變換電路、非線性電阻和反饋電路，所述V/I變換電路包括兩個運算放大器和五個電阻，第一運算放大器的同相輸入端經(jīng)第一電阻接積分電路的輸出端，反相輸入端經(jīng)第二電阻接地并經(jīng)第三電阻接其輸出端，輸出端依次經(jīng)第四電阻和非線性電阻接地，第二運算放大器接成電壓跟隨器，其輸入端接于第四電阻和非線性電阻之間，輸出端經(jīng)第五電阻接第一運算放大器的同相輸入端。

上述用于模擬憶阻元件的實驗裝置，所述反饋電路包括微分電容、兩個運算放大器和三個電阻，第三運算放大器的同相輸入端經(jīng)第六電阻接地，反相輸入端經(jīng)第七電阻接其輸出端并經(jīng)第八電阻接于第四電阻和非線性電阻之間，第四運算放大器采用AD844，其同相輸入端接第三運算放大器的輸出端，反相輸入端經(jīng)微分電容接地，TZ端接積分電路的輸入端。

上述用于模擬憶阻元件的實驗裝置，所述積分電路包括第五運算放大器、積分電容和第九電阻，第五運算放大器采用AD844，其同相輸入端為積分電路的輸入端，反相輸入端經(jīng)第九電阻接地，TZ端經(jīng)積分電容接地。

上述用于模擬憶阻元件的實驗裝置，所述非線性電阻由二極管和兩個電阻連接而成，第十電阻與二極管串聯(lián)連接后再與第十一電阻并聯(lián)連接。

本發(fā)明利用由運算放大器、電阻等普通電路元器件構(gòu)成的電路成功模擬了納米尺度下憶阻元件的伏安特性，很好地解決了目前憶阻元件的實驗教學難以開展的難題，為學習和研究憶阻電路提供了實用工具。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。

圖1是線性雙口網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)；

圖2是由兩受控源組成的雙口網(wǎng)絡的電路示意圖；

圖3是本發(fā)明的電原理圖；

圖4是本發(fā)明的仿真結(jié)果。

圖中各標號清單為：F1～F5、第一運算放大器～第五運算放大器，D、二極管，C1、微分電容，C2、積分電容，R1～R11、第一電阻～第十一電阻。

具體實施方式

根據(jù)憶阻元件的定義：????????????????????????????????????????????????，實現(xiàn)憶阻元件裝置的總思路為：通過構(gòu)建一個將輸出口電壓電流關系轉(zhuǎn)換為輸入口電荷磁鏈關系的雙口網(wǎng)絡，將非線性電阻轉(zhuǎn)換為憶阻。

????本發(fā)明依據(jù)的原理為，設有一個線性雙口網(wǎng)絡（如圖1），其傳輸參數(shù)方程如式（1）所示：

????????????????????????（1）

由式（1）可得由兩受控源組成的電路示意圖（如圖2），由圖2可看出，在右側(cè)端連接一VCCS（電壓控制電流源），其電流值由式（2）確定：

???????????????????????????????????????（2）

由電壓與磁鏈關系可知：

???????????????????????????????????????（3）

則可得：

???????????????????????????????????????（4）

同理，左側(cè)連接一VCCS，其電流由式（5）確定：

??????????????????????????????????????（5）

?????????????????????????????????????（6）

由電流與電荷關系可知：