忆阻模拟器具有二值特性、非易失性、纳米尺度等特点，在数字电路和模拟电路的设计中如信号发生器、模拟神经元突触、存储器以及逻辑电路等都具有巨大的应用潜力[1-6]。以忆阻模拟器为载体，设计综合性实验，分析运算放大器构成的减法器、积分器、比较器、乘法器的特性，了解数字电路逻辑实现，并将暂态过程作为重点分析内容，研究其动态特性对稳定输出的影响。这样既能巩固基础知识和提高学生综合应用能力，又能将忆阻模拟器作为除电阻、电容、电感之外的第四种器件，拓展学生的知识面。本文通过分析二值磁控忆阻模拟器(简称二值忆阻模拟器)暂态过程与频率的关系，在原有忆阻模拟器电路基础上增加电流控制电路，稳定忆阻模拟器输出，提高忆阻模拟器的输出特性。利用Multisim软件进行仿真验证，实验证明该方法电路结构简单，控制效果切实可行。
1 二值忆阻模拟器
2 跳变时间稳定的二值忆阻模拟器模拟电路
3 电路仿真
4 结语
本文设计了一款二值磁控忆阻模拟器暂态特性研究实验，分析忆阻模拟器模拟电路的暂态过程与积分器固有频率、激励频率之间的关系，找出暂态过程结束时间与激励周期之间的关系，配合计数器对忆阻模拟器模拟电路电流进行控制，确保电流达到稳定后再输出，避免不稳定输出对忆阻(导)值的影响。通过对二值忆阻模拟器模拟电路的分析和改进，加深了学生对暂态过程的理解，提高了其对数字电路、模拟电路的综合应用能力。将忆阻模拟器概念引入本科教学，对电类专业学生的综合素养提高有积极的促进作用。同时指出，由于受计数器本身响应速度限制，该方法存在一定的局限性，难以激发学生持续学习的热情。
参考文献
[1] MUTHUSWAMY B. Implementingmemristor based chaotic circuits [J]. International Journal of Bifurcation and Chaos, 2010, 20(5): 1335-1350.
[2] PERSHIN Y V, DIVENTRA M.Practical approach to programmable analog circuits with memristors[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 2010, 57(8): 1857-1864.
[3] YU D S, SUN T T, ZHENG C Y, etal.A simpler memristor emulator based on varactor diode[J].Chinese Physics Letters, 2018, 35(5): 165-168.
[4] CHEN M, SUN M, BAO H, et al. Flux–charge analysis of two-memristor-based chua'scircuit: Dimensionality decreasing model for detecting extreme multistability[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2019, 67(3): 2197-2206.
[5] SUNG C, HWANG H, YOO I K. Perspective: A review on memristive hardware for neuromorphiccomputation[J]. Journal of Applied Physics, 2018, 124(15): 151903.
[6] LI D, ZHANG J, YU D, et al. A family of binary memristor-based low-pass filters with controllable cut-off frequency[J]. IEEE Access, 2020(8): 60199-60209.
[7] LI Z K, YU D H, YE Z B, et al, Memristor-based logic gate and its application in pulse train controlled buck converter [J]. International Journal of Circuit Theory and Applications, 2022(50): 2190-2209.
[8] 张学文,司佑全.积分电路电容并联电阻仿真研究[J].湖北师范学院学报(自然科学版),2014,34(4):88-92.
[9] 孔庆生.模拟与数字电路基础实验[M].上海:复旦大学出版社,2014.
刘建华1 孟献仪2 1.中国矿业大学徐海学院 2.江苏广识电气有限公司 |
