荷控忆阻器等效电路分析模型及其电路特性研究

忆阻器是物理上新实现的具有记忆特性的基本二端电路元件. 根据φ-q关系式的泰勒级数形式构建了荷控忆阻器等效电路分析模型, 以三次非线性荷控忆阻器模型为例, 对不同参数条件下的荷控忆阻器进行了伏安关系、有无源性等电路特性的理论分析. 结果表明: 荷控忆阻器的伏安关系具有斜体“8”字形紧磁滞回线特性, 随其参数符号的不同, 荷控忆阻器呈现出无源性和有源性, 导致其电路特性发生相应的变化; 相比无源荷控忆阻器, 有源荷控忆阻器更适用于作为二次谐波信号产生电路使用. 制作了荷控忆阻器特性分析等效电路的实验电路, 实验测量结果很好地验证了理论分析结果. 关键词： 荷控忆阻器 等效电路 伏安关系 电路特性     

一种忆感器模型及其振荡器的动力学特性研究

忆感器是在忆阻器基础上定义的一种新型记忆电路元件. 在实际忆感器尚未实现的情况下, 为探索忆感器及其在非线性电路中的特性, 提出了一种忆感器数学模型和电路模型. 基于该模型设计了一个非线性振荡电路, 采用理论分析、仿真分析和实验验证的方法研究了忆感器模型的特性及其在电路中的动力学规律. 分岔分析表明, 在适当的参数下忆感器会使电路产生周期和混沌振荡. 设计了实现忆感器模型及其振荡器的模拟电路, 实验验证了忆感器模型和振荡器的特性, 实验结果与理论分析完全一致.     

忆阻混沌电路的分析与实现

具有记忆功能的忆阻器是除电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本二端电路元件. 提出了由φ-q平面上的一条三次单调上升的非线性曲线来确定的光滑磁控忆阻器,它有着斜"8"字形的类紧磁滞回线的伏安特性曲线. 采用此忆阻器和负电导构成的有源忆阻器替换蔡氏混沌电路中的蔡氏二极管,导出了一个基于忆阻器的混沌振荡电路. 此外,利用常规的运算放大器和乘法器等元器件给出了有源忆阻器的等效电路实现形式. 理论分析、数值仿真和电路仿真结果一致,均表明忆阻混沌电路的动力学行为依赖于忆阻器的初始状态,在不同初始状态下存在混沌振荡、周期振荡或稳定的汇等不同的运行轨道. 关键词： 忆阻器 混沌电路 初始状态 等效电路     

基于Knowm忆阻器的新型忆感器模型的设计与分析

以往有关忆阻器模型及其应用研究主要集中于忆阻器基本概念构建并分析忆阻器模型及其等效电路模型,而基于市场上商用忆阻器件的研究则很少.本文根据忆感器与忆阻器之间的理论关系,基于全球首款商用忆阻器芯片:Knowm忆阻器,结合第二代电流传输器和跨导运算放大器,构建了一种新型忆感器模型.通过调节输入信号的频率和幅值以及运算跨导放大器的跨导增益,可有效地在电路中实现忆感器忆感值的连续调节.设计了新型忆感器的LTspice电路模型和硬件实验电路,以电路仿真结果和硬件电路实验结果验证了新型忆感器模型的有效性和设计方法的正确性.     

一个通用的记忆器件模拟器

本文根据惠普忆阻器模型提出了一个新的接地忆阻器模拟等效电路.并以此为基础,采用常规的电子元件构建了一个通用的记忆器件模拟器.该模拟器能在电路拓扑结构不变的情况下,通过改变接入元件的性质能将接地忆阻器分别转化为浮地忆阻器、浮地忆感器和浮地忆容器.由于该模拟器是浮地的,因而可以方便的与其他电子器件实现灵活的连接形式.Pspice仿真实验验证了模拟器的真确性和有效性.     

含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路动力学分析与实验研究

物理忆阻器具有不对称的紧磁滞回线,为了更加简便地模拟物理忆阻器的不对称紧磁滞曲线,本文提出了一种含有偏置电压源的分数阶二极管桥忆阻器模型,其具有可连续调控磁滞回线的能力.首先,结合分数阶微积分理论,建立了含有偏置电压源的二极管桥忆阻器的分数阶模型,并对其电气特性进行分析.其次,将其与Jerk混沌电路相融合,建立了含有偏置电压源的非齐次分数阶忆阻混沌电路模型,研究了偏置电压对其系统动态行为的影响.再次,在PSpice中搭建了分数阶的等效电路模型,并对其进行电路仿真验证,实验结果与数值仿真基本一致.最后,在Lab VIEW中完成了电路实验,验证了理论分析的正确性与可行性.结果表明,含有偏置电压源的分数阶忆阻器,可以通过调控偏置电压源的电压,连续获得不对称紧磁滞回线.随着偏置电源电压的改变,非齐次分数阶忆阻混沌系统由于对称性的破环,表现出由倍周期分岔进入混沌的行为.     

忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink建模及其特性分析

忆阻器、忆容器和忆感器均是具有记忆特性的新型非线性电路元件,也被称为记忆元件.以三种电路元件的通用数学模型为依据,从数学分析的角度,对忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink模型进行了建立.在Simulink模型中体现了记忆元件对历史状态和系统状态变量的依赖性,正确表现出其独特的记忆特性.通过一系列仿真分析,得到了忆阻器、忆容器和忆感器的元件特性,验证了模型的有效性.此外,通过对三者在不同参数、不同激励下的电路特性分析,得到了三种记忆元件等效模型随频率和幅值变化的规律,为以后忆阻器、忆容器和忆感器基于Simulink的仿真研究和应用研究奠定基础.     

一个分数阶忆阻器模型及其简单串联电路的特性

忆阻器是具有时间记忆特性的非线性电阻. 经典HP TiO₂忆阻器模型的忆阻值为此前通过忆阻器电流的时间积分, 即记忆没有损失. 而最近研究证实HP TiO₂ 线性忆阻器掺杂层厚度不能等于零或者器件整体厚度, 导致器件的记忆有损失. 基于此发现, 本文首先提出了一个阶数介于0 与1间的分数阶HP TiO₂ 线性忆阻器模型, 研究了当受到周期外激励时, 分数阶导数的阶数对其忆阻值动态范围和输出电压动态幅值的影响规律, 推导出了磁滞旁瓣面积的计算公式. 结果表明, 分数阶导数阶数对磁滞回线的形状及所围成区域面积有重要影响. 特别地, 在外激频率大于1时, 分数阶忆阻器的记忆强度达到最大. 然后讨论了此分数阶忆阻器与电容或电感串联组成的单口网络的伏安特性. 结果表明, 在周期激励驱动时, 随着分数阶导数阶数的变化, 此分数阶忆阻器与电容的串联电路呈现出纯电容电路与忆阻电路的转换, 而它与电感的串联电路则呈现出纯电感电路与忆阻电路的转换.     

一种改进的WOx忆阻器模型及其突触特性分析

忆阻器被定义为第四种基本电子元器件, 其模型的研究呈现多样性. 目前, 忆阻器模型与忆阻器实际特性的切合程度引起了研究者的广泛关注. 通过改变离子扩散项, 提出了一种新的WO_x忆阻器模型, 更好地匹配了忆阻器的实际行为特性. 首先, 新的模型不仅能够描述忆阻器的一般特性, 而且能够俘获记忆丢失行为. 另外, 将新的忆阻器作为神经突触, 分析了脉冲速率依赖可塑性、短期可塑性、长期可塑性, 并发现了与生物系统中极为相似的“经验学习”现象. 最后, 考虑到温度与离子扩散系数的关系, 探讨了温度对突触权值弛豫过程的影响. 实验表明, 新忆阻器模型比原来的模型更切合实际, 且更适合作为突触而应用到神经形态系统之中.     

含磁控和荷控两种忆阻器的混沌电路设计与仿真

利用惠普实验室荷控和磁控两种忆阻器模型设计了一个五阶混沌电路. 数值仿真结果表明该电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为,并能产生双涡卷、单涡卷、周期态等不同相轨道. 为了验证电路的混沌行为,利用基本元器件设计了惠普实验室荷控和磁控忆阻器模拟器,并将其应用到对所设计电路中进行Pspice仿真,电路仿真结果验证了理论分析的正确性. 关键词： 混沌电路 HP忆阻器 模拟器 Pspice仿真     

Realization of a flux-driven memtranstor at room temperature

The memtranstor has been proposed to be the fourth fundamental circuit memelement in addition to the memristor,memcapacitor, and meminductor. Here, we demonstrate the memtranstor behavior at room temperature in a device made of the magnetoelectric hexaferrite(Ba_(0.5)Sr_(1.5)Co_2Fe_(11) AlO_(22)) where the electric polarization is tunable by external magnetic field. This device shows a nonlinear q–р relationship with a butterfly-shaped hysteresis loop, in agreement with the anticipated memtranstor behavior. The memtranstor, like other memelements, has a great potential in developing more advanced circuit functionalities.     

A memristor oscillator based on a twin-T network

A novel inductance-free nonlinear oscillator circuit with a single bifurcation parameter is presented in this paper. This circuit is composed of a twin-T oscillator, a passive RC network, and a flux-controlled memristor. With an increase in the control parameter, the circuit exhibits complicated chaotic behaviors from double periodicity. The dynamic properties of the circuit are demonstrated by means of equilibrium stability, Lyapunov exponent spectra, and bifurcation diagrams. In order to confirm the occurrence of chaotic behavior in the circuit, an analog realization of the piecewise-linear flux-controlled memristor is proposed, and Pspice simulation is conducted on the resulting circuit.     

基于有源广义忆阻的无感混沌电路研究

采用常见元器件等效实现一个广义忆阻器, 进而制作出一个电路特性可靠的非线性电路, 有助于忆阻混沌电路的非线性现象的实验展示及其所产生的混沌信号的实际工程应用. 基于忆阻二极管桥电路, 构建了一种无接地限制的、易物理实现的一阶有源广义忆阻模拟器; 由该模拟器并联电容后与RC桥式振荡器线性耦合, 实现了一种无电感元件的忆阻混沌电路; 建立了无感忆阻混沌电路的动力学模型, 开展了相应的耗散性、平衡点、稳定性和动力学行为等分析. 结果表明, 无感忆阻混沌电路在相空间中存在分布2个不稳定非零鞍焦的耗散区和包含1个不稳定原点鞍点的非耗散区; 当元件参数改变时, 无感忆阻混沌电路有着共存分岔模式和共存吸引子等非线性行为. 研制了实验电路, 该电路结构简单、易实际制作, 实验测量和数值仿真两者结果一致, 验证了理论分析的有效性.     

A mathematical analysis: From memristor to fracmemristor

The memristor is also a basic electronic component, just like resistors, capacitors and inductors. It is a nonlinear device with memory characteristics. In 2008, with HP's announcement of the discovery of the TiO₂ memristor, the new memristor system, memory capacitor (memcapacitor) and memory inductor (meminductor) were derived. Fractional-order calculus has the characteristics of non-locality, weak singularity and long term memory which traditional integer-order calculus does not have, and can accurately portray or model real-world problems better than the classic integer-order calculus. In recent years, researchers have extended the modeling method of memristor by fractional calculus, and proposed the fractional-order memristor, but its concept is not unified. This paper reviews the existing memristive elements, including integer-order memristor systems and fractional-order memristor systems. We analyze their similarities and differences, give the derivation process, circuit schematic diagrams, and an outlook on the development direction of fractional-order memristive elements.     

A flux-controlled model of meminductor and its application in chaotic oscillator

A meminductor is a new type of memory device developed from the memristor.We present a mathematical model of a flux-controlled meminductor and its equivalent circuit model for exploring the properties of the meminductor in a nonlinear circuit.We explore the response characteristics of the meminductor under the exciting signals of sinusoidal,square,and triangular waves by using theoretical analysis and experimental tests,and design a meminductor-based oscillator based on the model.Theoretical analysis and experiments show that the meminductor-based oscillator possesses complex bifurcation behaviors and can generate periodic and chaotic oscillations.A special phenomenon called the co-existent oscillation that can generate multiple oscillations(such as chaotic,periodic oscillations as well as stable equilibrium) with the same parameters and different initial conditions occurs.We also design an analog circuit to realize the meminductor-based oscillator,and the circuit experiment results are in accordance with the theory analysis.