一种基于电流反馈放大器的忆阻元件实验平台设计

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【摘 要】本文描述了一种用于模拟忆阻元件的实验装置，它利用普通电路元器件构成的电路成功模拟了纳米尺度下忆阻元件的伏安特性，很好地解决了目前忆阻元件的实验教学难以开展的难题，为学习和研究忆阻电路提供了实用工具。

一、背景介绍

忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻。是继电阻、电容、电感之后的第四种无源基本电路元件。作为基本元件的忆阻器的出现，必将导致电子电路的结构体系、原理、设计理论的变革，并促进电子行业新的应用领域的发展。忆阻器（Memristor）是由电荷q和磁通φ定义的一种非线性电阻。L. O. Chua 1971年提出了第四种电路元件忆阻器的概念， 2008 年惠普实验室在纳米级上实现了具有忆阻器性能的器件，近几年忆阻元件成为了电子学领域和材料学领域的研究热点。忆阻器在生物科学，人工神经网络，微电子等多个领域展现了其潜在的应用前景。

但忆阻元件虽然由惠普实验室成功开发出了纳米尺度下的忆阻元件，但由于其尺度过小，致使对于忆阻元件的实验难以开展，忆阻元件的学习只能停留在概念上，给忆阻元件的教学造成了极大的困难。本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种用于模拟忆阻元件的实验装置，为高校开展忆阻元件的实验教学提供方便。

二、技术简介

（一）基本原理

如果二端元件可用平面上的一条曲线来表示，则此元件称为记忆电阻器。其数学关系可由式（1）表示：

即在二端口网络右端接入非线性电阻后其左侧端口特性即为忆阻器特性。从而得到正常尺度下的忆阻元件实验装置。

（二）具体实现方案

基于变类器的思想，利用AD844运放和AD826运放以及电阻、电容等电路元件，将一个非线性电阻变换成一个忆阻元件的电路如图

图中，电路的一端接了非线性电阻，另一端接电源，则该输入端口的电压和电流的关系即体现了忆阻元件的特性。

利用一个二极管和两个电阻搭建了一个非线性电阻，设非线性电阻的电压为，电流为，设输入端的电压和电流分别为和，则非线性电阻的电压经一个由AD826构成的反相器，再经一个由AD844构成的微分电路后，

三、总结

本文描述了一种用于模拟忆阻元件的实验装置，它包括积分电路、V/I变换电路、非线性电阻和反馈电路，所述V/I变换电路包括两个运算放大器和五个电阻。本装置利用由普通电路元器件构成的电路成功模拟了纳米尺度下忆阻元件的伏安特性，很好地解决了目前忆阻元件的实验教学难以开展的难题，为学习和研究忆阻电路提供了实用工具。

参考文献：

[1] L. O. Chua， “Memristor： The missing circuit element，” IEEE Trans. Circuit Theory， vol. 18， no. 5， pp. 507C519， 1971.

[2] D. B. Strukov， G. S. Snider， D. R. Stewart， and R. S. Williams， “The missing memristor found，” Nature， vol. 453， pp. 80C83， 2008.