一种简单的忆阻器仿真器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及基于仿真器研究忆阻器特性的方法，提供了一种简单的忆阻器仿真器。其目的在于使用简单的电路元器件构成仿真器用于模拟忆阻器的特性，进而帮助探索忆阻器的潜在应用。这种简单的仿真器是使用电容器，电感器和电阻构成的。在忆阻器模拟电路中通过控制仿真器参数提供电路的非线性特性，从而达到模拟忆阻器的效果。传统忆阻器仿真器一般基于运算放大器或者微处理器，它们的实现往往需要建立复杂的电路才能达到较好的效果。而本发明在有效规避了建立复杂电路的基础上较真实地模拟了忆阻器的行为，使得将来基于忆阻器仿真器的研究变得更加简单高效。
【专利说明】一种简单的忆阻器仿真器【技术领域】
[0001]本发明涉及基于仿真器研究忆阻器特性的方法，提供了一种简单的忆阻器仿真器。
【背景技术】
[0002]忆阻器仿真一般是基于忆阻器模型和忆阻器模拟电路的，其中忆阻器的模拟电路又由于其不需要使用纳米技术来制造而被广泛采用。使用可控放大器(OperationalAmplifier, 0ΡΑΜΡ)和单片机(Micro Controller Unit, MCU)来制造忆阻器模拟电路可以有效地模仿忆阻器的特性，但是实现起来非常复杂，并且这种方式使得在电路中添加多个忆阻器将变得非常困难。因此，设计实现简单的忆阻器模拟电路是十分必要的。
【发明内容】
[0003]为实现简单的忆阻器模拟电路，本发明提供一种简单的忆阻器仿真器。
[0004]一种简单的忆阻器仿真器由电容器，包括一个电阻R与两个对称，两个对称结构通过电阻R连接，所述对称结构包括一个电感L、一个变容二极管VD和一个二极管D，电感L的一端连接到变容二极管VD的阳极，电感L的另一端连接到二极管D的阳极，变容二极管VD的阴极和二极管D的阴极连接后与电阻R连接，两个对称结构中的电感L与二极管D的连接点构成该仿真器的两个引脚。
[0005]两端电压、电流的等效表达式为K/) = (Ro\ U(公式I)，其中
低电阻Rm和高电阻Rotp分别对应控制忆阻器等效电阻的最大值和最小值。比例x(t) =w(t)/D(公式2)代表忆阻器的内部状态，取值严格控制在区间(0，I)上面。对仿真器施加电压，它
的等效总阻抗可以写成:Z = Zii +Zc + Zi = R+ /(ωL(公式3),其中ZdP Zlj分别对应
(I)C
电阻R和电感L的阻抗，C是可变电容器，ω是偏置电压的频率。将式3代入式I中，可以推导出相应的RQN，Rqff以及忆阻器内部状态X (t): rON = Zmin = Z I ^min = ^ + -一(公
就―
式 4)，^ ^ = Zmax = Z Icmax =R + J(O)L — )(公式 5)，^(0 -= 'T —厂Y,、
maxV maxmin ^ V /
(公式6)，其中Cmin和Cmax是由加载在变容二极管上的电压绝对值IvcJmin和IveImax决定的，而R代表阻抗。最后我们可以得到这个系统的一般忆阻器阻抗表达式:M(t)=x(t).Ron+(1-x (t)).Roff (公式 7)。
[0006]本发明因为采用以上技术方案，所以具备以下有益效果:
[0007](I)易于构建各种忆阻器仿真器，快速开展忆阻器特性研究；
[0008](2)快速开展忆阻器的应用研究；【专利附图】
【附图说明】
[0009]图 1为忆阻器仿真器；
[0010]图2为忆阻器仿真器对正弦交流电压的响应(SPICE仿真)；
[0011]图3为忆阻器模拟电路；
[0012]图4为忆阻器模拟电路混沌吸引子(SPICE仿真)；
[0013]图5为忆阻器模拟电路混沌吸引子(MATLAB数值仿真)；
[0014]图6为忆阻器模拟电路系统对应的分岔图。
【具体实施方式】
[0015]首先对忆阻器仿真器使用SPICE仿真，将仿真器与一个电容器和一个电感器串联构成模拟忆阻器电路用于测试其有效性。
[0016]图2为忆阻器仿真器对正弦交流电压的响应。此图为验证仿真器的有效性奠定了基础。
[0017]图3所示的模拟忆阻器电路动力学方程为:
[0018]< /； (η = C dV(:⑴
Clt.' dt
[0019]对其进行SPICE仿真，可得到如图4所示的混沌吸引子。忆阻器因其能使电路系统产生复杂的混沌效应而著名，此时的电路系统具有一个正的李雅普诺夫指数，这是电路系统产生混沌现象的一个标志，也是证明仿真器实效性的有利证据。
[0020]进而对这个忆阻器模拟电路进行MATLAB数值仿真，得到如图5所示的典型混沌吸引子。
[0021]进一步对含有忆阻器仿真器的模拟电路进行依赖于电路参数的动力学分析，得到如图6所示的分岔图，可以看出此模拟电路系统首先从一个有界点进入到不稳定的2周期轨道，在经历了 4倍周期分岔后转变为混沌轨道，然后进入反向倍周期分岔，再次过渡为周期轨道，最后突变为一个有界点。
[0022]基于以上实验结果证明，此忆阻器仿真器有效地模拟了忆阻器特性，其简单的设计使得基于仿真器的忆阻器应用研究能够在多方面展开。
【权利要求】
1.一种简单的忆阻器仿真器，其特征在于:包括一个电阻R与两个对称，两个对称结构通过电阻R连接，所述对称结构包括一个电感L、一个变容二极管VD和一个二极管D，电感L的一端连接到变容二极管VD的阳极，电感L的另一端连接到二极管D的阳极，变容二极管VD的阴极和二极管D的阴极连接后与电阻R连接，两个对称结构中的电感L与二极管D的连接点构成该仿真器的两个引脚。
2.根据权利要求1所述的一种简单的忆阻器仿真器，其特征在于: 忆阻器仿真器的忆阻值表达式为:M(t) =x(t) *R0N+(l-x(t)) ^Rqff,式中， M表示忆阻器仿真器的忆阻值，为时间t的函数；
{I ) Rqn为忆阻器仿真器等效电阻的最小值R) =Z =Z\c_ = R + j ω?-—-，其中
Vmax JCmax由加载在变容二极管上的电压绝对值|v」max决定，ω是偏置电压的频率，Zmin与Rw相同，由仿真器中的电阻、变容二极管以及电感的串联阻抗构成。(I 1 Rqff为忆阻器仿真器的等效电阻的最大值，Roff =Zm =Z\Cmm = R + j mL—，V i^min J其中Cmin由加载在变容二极管上的电压绝对值IveImin决定，ω是偏置电压的频率，Zmin与Rqff相同，由仿真器中的电阻、变容二极管以及电感的串联阻抗构成。；
…w(t) Civill -0- -C(t)) x(t)为忆阻器仿真器的内部状态，为时间t的函数，山)=~^=,厂 ；Τ、，" ?取
UKl UVAX _ Cmin值区间(O，I)上，其中Cmin和Cmax由加载在变容二极管上的电压绝对值I VcJmin和IveImax决定; 该忆阻器仿真器的电压与电流关系的等效表达式为:V(t) =M(t)i(t)，i(t)是流过仿真器两端点的电流，也即流过电阻R的电流。
3.根据权利要求2所述的一种简单忆阻器仿真器，其特征在于通过控制表达式M(t)中的内部状态参数来达到模拟忆阻器特性的效果。
【文档编号】G06F17/50GK103729518SQ201410008607
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】张徐亮, 于永斌, 张文姝, 金菊, 金勇 , 陈文宇, 屈鸿 申请人:电子科技大学