一種基于電流反饋放大器的憶阻元件實驗平臺設(shè)計

【摘 要】本文描述了一種用于模擬憶阻元件的實驗裝置，它利用普通電路元器件構(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(xué)難以開展的難題，為學(xué)習(xí)和研究憶阻電路提供了實用工具。

一、背景介紹

憶阻器是一種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(dǎo)致電子電路的結(jié)構(gòu)體系、原理、設(shè)計理論的變革，并促進電子行業(yè)新的應(yīng)用領(lǐng)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。L. O. Chua 1971年提出了第四種電路元件憶阻器的概念， 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，近幾年憶阻元件成為了電子學(xué)領(lǐng)域和材料學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。憶阻器在生物科學(xué)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，微電子等多個領(lǐng)域展現(xiàn)了其潛在的應(yīng)用前景。

但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(xué)習(xí)只能停留在概念上，給憶阻元件的教學(xué)造成了極大的困難。本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種用于模擬憶阻元件的實驗裝置，為高校開展憶阻元件的實驗教學(xué)提供方便。

二、技術(shù)簡介

（一）基本原理

如果二端元件可用平面上的一條曲線來表示，則此元件稱為記憶電阻器。其數(shù)學(xué)關(guān)系可由式（1）表示：

即在二端口網(wǎng)絡(luò)右端接入非線性電阻后其左側(cè)端口特性即為憶阻器特性。從而得到正常尺度下的憶阻元件實驗裝置。

（二）具體實現(xiàn)方案

基于變類器的思想，利用AD844運放和AD826運放以及電阻、電容等電路元件，將一個非線性電阻變換成一個憶阻元件的電路如圖

圖中，電路的一端接了非線性電阻，另一端接電源，則該輸入端口的電壓和電流的關(guān)系即體現(xiàn)了憶阻元件的特性。

利用一個二極管和兩個電阻搭建了一個非線性電阻，設(shè)非線性電阻的電壓為，電流為，設(shè)輸入端的電壓和電流分別為和，則非線性電阻的電壓經(jīng)一個由AD826構(gòu)成的反相器，再經(jīng)一個由AD844構(gòu)成的微分電路后，

三、總結(jié)

本文描述了一種用于模擬憶阻元件的實驗裝置，它包括積分電路、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。本裝置利用由普通電路元器件構(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(xué)難以開展的難題，為學(xué)習(xí)和研究憶阻電路提供了實用工具。

參考文獻：

[1] L. O. Chua， “Memristor： The missing circuit element，” IEEE Trans. Circuit Theory， vol. 18， no. 5， pp. 507–519， 1971.

[2] D. B. Strukov， G. S. Snider， D. R. Stewart， and R. S. Williams， “The missing memristor found，” Nature， vol. 453， pp. 80–83， 2008.