一种基于伪差分结构的高频忆阻电路

本发明涉及忆阻电路，尤其涉及一种基于伪差分结构的高频忆阻电路。

背景技术：

1、在基本电路理论中，电容、电阻和电感是三个无源基本元件，它们之间的关系可以通过电流、电压、磁通量和电荷等基本变量进行推导。在1971年，蔡少棠教授提出了存在第四个无源基本元件的预测，用以描述电荷与磁通之间的关系，并将这个缺失的电路元件命名为忆阻器。他证明了忆阻器是一种非线性电路元件，其阻值会随着电荷量或磁通量的变化而变化。

2、然而，几十年来，忆阻器的物理制备一直没有实现。直到2008年，惠普实验室的研究人员才成功在物理层面上制造出忆阻器。从那时起，对忆阻器的研究不断发展，并成为当今热门的研究课题之一。越来越多的人尝试使用不同的电路元件来构建电路，以模拟忆阻器，这种电路被称为忆阻仿真器电路(mec)。忆阻器仿真一般分为无源型和局部有源型，主要区别是是否由有源元件构成。局部有源忆阻器应用在电路中可以产生复杂现象，利用此构造可以构造出混沌吸引子，多用于混沌电路领域。

3、但大多数的有源忆阻仿真电路拓扑结构相对复杂，并且由于电容的隔直流通高频特性，在高频下很难保持稳定的捏滞回曲线。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种应用于混沌电路，仅场效应管构成的基于伪差分结构的适合高频状态下工作的忆阻电路，该电路在高频下，利用负阻抗转换器nic，使得i-v曲线呈现出稳定的广义忆阻器特性。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，包括输入电压端vin、第一偏置电压端vb1、第二偏置电压端vb2、第三偏置电压端vb3、伪差分放大器ea、源跟随器、负阻抗转换器nic、n型场效应管m5和p型场效应管m8；

4、所述源跟随器包括场效应管m6和场效应管m7；

5、所述输入电压端vin分别与所述伪差分放大器ea的正端、n型场效应管m5的漏极和负阻抗转换器nic的输入端电连接；

6、所述伪差分放大器ea的负端与所述第二偏置电压端vb2电连接；

7、所述伪差分放大器ea的输出端与所述n型场效应管m5的栅极和场效应管m6的栅极电连接；

8、所述场效应管m6的源极和场效应管m7的漏极均与所述p型场效应管m8的栅极电连接，所述场效应管m6的漏极与所述第三偏置电压端vb3电连接，所述场效应管m7的栅极与所述第一偏置电压端vb1电连接，所述p型场效应管m8的漏极与所述负阻抗转换器nic的输出端电连接；

9、所述n型场效应管m5的源极、场效应管m7的源极和场效应管m8的源极均接地。

10、优选的，所述伪差分放大器ea包括场效应管m0、场效应管m1、场效应管m2、场效应管m3和场效应管m4；

11、所述场效应管m3的源级和场效应管m4的源级均与电源电压vdd相连，所述场效应管m3的栅极、场效应管m4的栅极均与场效应管m3的漏极电连接，所述场效应管m3的漏极还与所述场效应管m1的漏极相连，所述场效应管m4的漏极和所述场效应管m2的漏极均与所述n型场效应管m5的栅极电连接，所述n型场效应管m5的漏极和所述场效应管m1的栅极均与所述输入电压端vin电连接，所述n型场效应管m5的源极接地；

12、所述场效应管m2的栅极与所述第二偏置电压端vb2电连接，所述场效应管m1的源极和所述场效应管m2的源极均与所述场效应管m0的漏极电连接；所述场效应管m0的栅极和所述第一偏置电压端vb1电连接，所述场效应管m0的源级接地。

13、优选的，所述负阻抗转换器nic包括场效应管m9、场效应管m10、场效应管m11、场效应管m12、场效应管m13、场效应管m14、场效应管m15、场效应管m16、场效应管m17和场效应管m18；

14、所述场效应管m9的源极和场效应管m10的源极均与电源电压vdd电连接，所述场效应管m9的栅极分别与所述场效应管m10的栅极和漏极、场效应管m17的栅极和漏极电连接，所述场效应管m9的漏极分别与所述场效应管m12的栅极、场效应管m17的源极、场效应管m11的漏极和栅极电连接，所述场效应管m10的漏极还和场效应管m12的漏极电连接，所述场效应管m11的源极与所述场效应管m13的源极电连接，所述场效应管m12的源极分别与所述场效应管m14的源极和所述p型场效应管m8的源极电连接；

15、所述场效应管m13的栅极分别与所述场效应管m14的栅极、场效应管m18的栅极和漏极电连接，所述场效应管m13的漏极分别与所述场效应管m18的漏极和场效应管m15的漏极电连接，所述场效应管m14的漏极分别与所述场效应管m15的栅极、场效应管m18的源极、场效应管m16的栅极和漏极电连接，所述场效应管m15的源极和场效应管m16的源极均接地；

16、所述场效应管m11的源极与所述输入电压端vin电连接。

17、优选的，所述场效应管m3、场效应管m4、场效应管m9、场效应管m10、场效应管m13和场效应管m14均为p型场效应管。

18、优选的，所述场效应管m0、场效应管m1、场效应管m2、场效应管m5、场效应管m6、场效应管m11、场效应管m12、场效应管m15、场效应管m16、场效应管m17、场效应管m18均为n型场效应管。

19、上述技术方案中的一个技术方案具有以下有益效果：通过简单的晶体管拓扑结构，采用伪差分放大器、一个处在线性区的p型场效应管、一个源跟随器，一个负阻抗转换器nic和一个n型场效应管构成。本电路使用场效应管自身的寄生电容，无需外置电容电阻，在高频下也能够产生非线性忆阻特性：具体为当输入电压端vin的输入信号vin为正弦信号时，输入的整体电流iin与输入信号vin的关系曲线呈现出捏滞回线特征。且二者的关系曲线会随着输入信号vin频率的提升而逐步收缩，最终收缩成一条单值函数曲线的趋势。

技术特征：

1.一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，其特征在于，包括输入电压端vin、第一偏置电压端vb1、第二偏置电压端vb2、第三偏置电压端vb3、伪差分放大器ea、源跟随器、负阻抗转换器nic、n型场效应管m5和p型场效应管m8；

2.根据权利要求1所述的一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，其特征在于，所述伪差分放大器ea包括场效应管m0、场效应管m1、场效应管m2、场效应管m3和场效应管m4；

3.根据权利要求2所述的一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，其特征在于，所述负阻抗转换器nic包括场效应管m9、场效应管m10、场效应管m11、场效应管m12、场效应管m13、场效应管m14、场效应管m15、场效应管m16、场效应管m17和场效应管m18；

4.根据权利要求3所述的一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，其特征在于，所述场效应管m3、场效应管m4、场效应管m9、场效应管m10、场效应管m13和场效应管m14均为p型场效应管。

5.根据权利要求3所述的一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，其特征在于，所述场效应管m0、场效应管m1、场效应管m2、场效应管m5、场效应管m6、场效应管m11、场效应管m12、场效应管m15、场效应管m16、场效应管m17、场效应管m18均为n型场效应管。

技术总结
本发明涉及忆阻电路技术领域，尤其涉及一种基于伪差分结构的高频忆阻电路，通过简单的晶体管拓扑结构，采用伪差分放大器、一个处在线性区的P型场效应管、一个源跟随器，一个负阻抗转换器NIC和一个N型场效应管构成。本电路使用场效应管自身的寄生电容，无需外置电容电阻，在高频下也能够产生非线性忆阻特性：具体为当输入电压端Vin的输入信号Vin为正弦信号时，输入的整体电流Iin与输入信号Vin的关系曲线呈现出捏滞回线特征。且二者的关系曲线会随着输入信号Vin频率的提升而逐步收缩，最终收缩成一条单值函数曲线的趋势。

技术研发人员：张欣,段志奎,周月霞,于昕梅,李伙生,龙泳希
受保护的技术使用者：佛山科学技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29