一种二次型忆阻器四阶混沌电路

由HP实验室研制的无源忆阻器得到的荷控二次型忆阻器模型,与有源磁控分段线性和三次光滑忆阻器模型相比,更符合实际.利用此模型并基于蔡氏混沌电路演化而来的拓扑对偶结构设计了一种新型忆阻器四阶混沌电路.理论分析、仿真及电路实现表明,该电路具有依赖于忆阻器初始状态的复杂动力学行为,也会产生随时间和系统参数变化的状态转移等非线性动力学现象,在相轨图中出现"涡眼"和"环眼".     

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     

基于模拟电路的新型忆感器等效模型

本文首先利用光敏电阻阻值的可控性, 建立了磁通控制型忆阻器的等效电路模型. 通过对忆感器和忆阻器间转换关系的分析, 采用模拟电子元器件设计了磁通控制型忆感器的实用等效电路模型, 给出了理论分析并结合Pspice软件进行了仿真验证. 忆感器等效电路模型的韦安关系展现出典型的非线性磁滞回线特性. 最后, 运用实验手段研究了正弦波和三角波两种典型电压信号激励下忆感器与RC串联后电路的动态特征, 证明了本文提出忆感器等效电路模型的有效性. 关键词： 忆阻器 忆感器 磁滞回线特性 Pspice     

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     

蔡氏结型忆阻器的简化及其神经元电路的硬件实现

蔡氏结型忆阻器(Chua corsage memristor, CCM)属于压控型局部有源忆阻器,具有复杂的动力学行为,在神经形态计算领域具有潜在的应用价值.根据静态电压-电流特性曲线, CCM可分为二翼、四翼和六翼型.本文基于神经形态行为的产生机制,将CCM的数学模型进行简化,简化后的模型表达式中无绝对值符号,且小信号等效电路的导纳函数与简化前完全相同.进一步采用简化的CCM模型与电容和电感元件相连,构建了三阶神经元电路.利用局部有源、混沌边缘、及李雅普诺夫指数等理论分析方法,预测了该神经元电路产生神经形态行为的参数域.根据简化的CCM数学模型,采用运算放大器、乘法器、电阻和电容等常用电路元件构建了该忆阻器的电路仿真器,并连接电容和电感进一步给出了神经元电路的硬件实现.实验结果表明该神经元电路可以产生丰富的神经形态行为,包括静息状态、周期尖峰、混沌状态、双峰响应、周期振荡现象、全或无现象和尖峰簇发现象.     

NbOx忆阻神经元的设计及其在尖峰神经网络中的应用

NbO_x忆阻器凭借其纳米尺寸、阈值切换及局部有源特性在神经形态计算领域展现出巨大的应用前景.对NbO_x忆阻器动力学特性的深入分析和研究有利于忆阻神经元电路的设计和优化.本文基于局部有源理论,采用小信号分析方法对NbO_x忆阻器物理模型展开了研究,定量分析了产生尖峰振荡的区域和条件,并确定了激励信号幅值和尖峰频率之间的定量关系.基于上述理论分析,进一步设计了NbO_x忆阻器神经元,并结合忆阻突触十字交叉阵列,构建了25×10的尖峰神经网络(spiking neuron network,SNN).最后,分别利用频率编码和时间编码两种方式,有效地实现了数字0到9模式的识别功能.     

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.     

一种最简的并行忆阻器混沌系统

在提出的一种压控忆阻器的基础上, 构造了最简的并联忆阻器混沌系统, 分析其动力学特性, 得到了该系统的Lyapunov指数和Lyapunov维数, 给出了时域波形、相图、Lyapunov指数谱、分岔图、Poincaré映射等. 利用EWB软件设计了该新混沌系统的振荡电路并进行了仿真实验. 研究结果表明, 忆阻器的i-v特性在参数的变化时, 并不保持斜“8”字形, 会变为带尾巴的扇形. 该混沌系统与磁控忆阻器混沌系统不同, 系统只有一个平衡点, 初始条件在系统能振荡的情况下不影响系统状态. 电路实验仿真结果和数值仿真具有很好的一致性, 证实了该系统的存在性和物理上可实现性. 关键词： 忆阻器 混沌电路 并联 动力学行为     

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.     

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.     

The voltage-current relationship and equivalent circuit implementation of parallel flux-controlled memristive circuits

A flux-controlled memristor characterized by smooth cubic nonlinearity is taken as an example, upon which the voltage-current relationships （VCRs） between two parallel memristive circuits - a parallel memristor and capacitor circuit （the parallel MC circuit）, and a parallel memristor and inductor circuit （the parallel ML circuit） - are investigated. The results indicate that the VCR between these two parallel memristive circuits is closely related to the circuit parameters, and the frequency and amplitude of the sinusoidal voltage stimulus. An equivalent circuit model of the memristor is built, upon which the circuit simulations and exper/mental measurements of both the parallel MC circuit and the parallel ML circuit are performed, and the results verify the theoretical analysis results.     

Chaotic memristive circuit: equivalent circuit realization and dynamical analysis

In this paper, a practical equivalent circuit of an active flux-controlled memristor characterized by smooth piecewise-quadratic nonlinearity is designed and an experimental chaotic memristive circuit is implemented. The chaotic memristive circuit has an equilibrium set and its stability is dependent on the initial state of the memristor. The initial state-dependent and the circuit parameter-dependent dynamics of the chaotic memristive circuit are investigated via phase portraits, bifurcation diagrams and Lyapunov exponents. Both experimental and simulation results validate the proposed equivalent circuit realization of the active flux-controlled memristor.     

忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路的特性研究

对第四类基本电路元件:忆阻元件与RLC以及二极管串并联电路特性进行了研究,分别建立了两种电路的数学模型,并进行了仿真研究,分析了电路中的电容、电感、电阻等参数对电路特性的影响,得出了相关的结论.     

基于电流反馈运算放大器的忆阻混沌电路设计与仿真

将电流反馈运算放大器和四种基本电路元件电容、电感、电阻、忆阻器巧妙结合,设计出一种新型忆阻混沌电路.分析系统的基本动力学行为,如耗散性、平衡点稳定性、相图、Lyapunov指数和参数影响等.数值仿真结果表明,该电路可产生一类特殊的混沌吸引子,且随系统参数的演变可产生丰富复杂的混沌特性.为了验证系统的正确性,设计了实现该系统的仿真电路,Pspice仿真结果验证了理论分析的正确性.     

最简荷控型忆阻器混沌电路的设计及实现

利用惠普荷控型忆阻器、电感、电容和负电导串联设计了一类单回路忆阻器混沌电路.采用常规的动力学分析目的 研究系统的基本动力学特性,如平衡点稳定性分析、李雅普诺夫指数谱和分岔图等.数值仿真表明该系统在一个平衡点的情况下产生一类特殊的单涡卷混沌吸引子,且随系统参数的改变产生丰富复杂的混沌行为.为验证电路的正确性,利用Pspice进行相应电路仿真,仿真结果与理论分析、数值计算基本一致.     

Dynamical characteristics of an HP memristor based on an equivalent circuit model in a chaotic oscillator

To develop real world memristor application circuits,an equivalent circuit model which imitates memductance(memory conductance) of the HP memristor is presented.The equivalent circuit can be used for breadboard experiments for various application circuit designs of memristor.Based on memductance of the realistic HP memristor and Chua's circuit a new chaotic oscillator is designed.Some basic dynamical behaviors of the oscillator,including equilibrium set,Lyapunov exponent spectrum,and bifurcations with various circuit parameters are investigated theoretically and numerically.To confirm the correction of the proposed oscillator an analog circuit is designed using the proposed equivalent circuit model of an HP memristor,and the circuit simulations and the experimental results are given.     

忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络动力学分析及其电路实现

提出一种新型忆阻器模型, 利用标准非线性理论分析三个忆阻特性, 并设计模拟电路。基于忆阻突触, 构建一个忆阻突触耦合环形Hopfield神经网络模型。采用分岔图、李雅普诺夫指数谱、时序图等方法, 揭示与忆阻突触密切相关的特殊动力学行为。数值仿真表明: 在忆阻突触权重的影响下, 它能够产生多种对称簇发放电模式和复杂的混沌行为。实现了该忆阻环形神经网络的模拟等效电路, 并由PSIM电路仿真验证MATLAB数值仿真的正确性。     

Lumped modeling with circuit elements for nonreciprocal magnetoelectric tunable band-pass filter

This paper presents a lumped equivalent circuit model of the nonreciprocal magnetoelectric tunable microwave bandpass filter.The reciprocal coupled-line circuit is based on the converse magnetoelectric effect of magnetoelectric composites,includes the electrical tunable equivalent factor of the piezoelectric layer,and is established by the introduced lumped elements,such as radiation capacitance,radiation inductance,and coupling inductance,according to the transmission characteristics of the electromagnetic wave and magnetostatic wave in an inverted-L-shaped microstrip line and ferrite slab.The nonreciprocal transmission property of the filter is described by the introduced T-shaped circuit containing controlled sources.Finally,the lumped equivalent circuit of a nonreciprocal magnetoelectric tunable microwave band-pass filter is given and the lumped parameters are also expressed.When the deviation angles of the ferrite slab are respectively 0° and45°,the corresponding magnetoelectric devices are respectively a reciprocal device and a nonreciprocal device.The curves of S parameter obtained by the lumped equivalent circuit model and electromagnetic simulation are in good agreement with the experimental results.When the deviation angle is between 0° and 45°,the maximum value of the S parameter predicted by the lumped equivalent circuit model is in good agreement with the experimental result.The comparison results of the paper show that the lumped equivalent circuit model is valid.Further,the effect of some key material parameters on the performance of devices is predicted by the lumped equivalent circuit model.The research can provide the theoretical basis for the design and application of nonreciprocal magnetoelectric tunable devices.