第四种无源电子元件忆阻器的研究及应用进展

忆阻器是一类具有电阻记忆行为的非线性电路元件,被认为是除电阻、电容、电感外的第四个基本电路元件。综述了忆阻器和忆阻系统概念的产生与发展过程,实现忆阻功能的几种模型与机理,如边界迁移、自旋阻塞、绝缘体-金属转变、丝导电、氧化还原反应等。阐述了忆阻器和忆阻系统在模型分析、生物记忆行为仿真、基础电路和器件设计方面的应用前景。     

一种改进的忆阻器的SPICE模型及其仿真

忆阻器(Memristor)是一种具有记忆功能的无源电子元件,其概念由蔡少棠于1971年提出.2008年HP实验室发现了一种基于电阻开关的二端非易失记忆器件,从而证实了忆阻器的存在.在研究HP实验室发现的忆阻器的基础上,分析了目前一些忆阻器模型的优缺点,设计了一种改进的忆阻器模型.经过PSPICE仿真验证,该模型成功地模拟了HP实验室发现的忆阻器物理模型的基本特性.     

基于双曲函数的通用型荷控忆阻器电路等效模型分析

目前,忆阻器模拟器的研究主要集中在磁控忆阻器,对荷控忆阻器模拟器的研究不多,双曲函数型的荷控忆阻器模拟器也很少涉及。因此,该文提出一种基于双曲函数的通用型荷控忆阻器模拟器。模拟器通过电压-电流的相互转换电路,实现电路中电压和电流信号之间的相互转换,再通过电路中对应的电路模块对产生的信号进行计算,最终得到通用型双曲荷控忆阻器模型。模拟器能够实现双曲正弦、双曲余弦以及双曲正切函数对应的荷控忆阻器模型。通用型双曲函数荷控忆阻器模拟器对应的等效电路,主要由运算放大器、电阻、电容、三极管等基本元件组成。分析模拟器在不同幅值以及不同频率的输入信号下的伏安特性曲线,得出荷控忆阻器模拟器符合记忆元件的基本特性。该文提出的通用型双曲函数荷控忆阻器模型,对忆阻器模型的发展具有一定的参考意义。     

荷控忆阻器记忆衰退的寄生效应

荷控忆阻器在寄生元件存在的情况下,可能发生记忆衰退现象。该文采用忆阻器动力学路线图和仿真的方法,研究了忆阻器寄生电阻和寄生电容对其动力学特性的影响。理论和仿真分析发现,理想荷控(流控)忆阻器在直流和交流激励下,寄生电阻或寄生电容单独存在时不发生记忆衰退现象,但在寄生电阻和寄生电容同时存在的情况下会发生记忆衰退,其机理是寄生元件形成放电通路,从而导致荷控忆阻器产生了记忆衰退。     

基于忆阻器的自动增益控制电路设计

忆阻器被认为是除了电阻、电容、电感之外的第四个基本电路元件,它是一种非线性二端无源器件,具有“记忆”功能.忆阻器在众多领域中具有巨大的应用潜力,有望推动整个电路理论的变革.介绍了一种改进的忆阻器SPICE模型,在此基础上,设计了一种基于忆阻器的自动增益控制电路.通过SPICE对电路进行仿真,证明该设计是可行的,完全实现了增益的自动控制.     

稀土元素La、Ce、Gd在忆阻器中的应用研究进展

忆阻器是最有潜力的新型非易失性存储器之一,用于忆阻器的电极和介质层的材料被工业界和学术界广泛研究。稀土元素在忆阻器中可以作为介质层材料和掺杂元素,具有广阔的应用前景。首先简述了忆阻器的基本结构、工作原理和电阻转变机制,接着以镧(La)、铈(Ce)、钆(Gd)三种在忆阻器中应用最广泛的稀土元素为例,对稀土元素在忆阻器领域中的应用优势进行了简单阐述,重点介绍了国内外研究中对于稀土元素的氧化物、稀土掺杂忆阻器、其他元素掺杂稀土元素忆阻器、钙钛矿锰氧化物等方面的应用,总结了稀土元素在忆阻器中的应用研究进展。最后对稀土元素忆阻器目前面临的问题和对应的解决方法进行了讨论,并总结展望稀土忆阻器未来的发展方向和应用前景。     

基于阈值电压的忆阻器模型研究

为了使忆阻器模型更加接近实际器件,提高其电学特性仿真的准确性。文章在惠普实验室提出的忆阻器物理模型的基础上,在Matlab中对忆阻器进行建模,并对忆阻器的模型根据实际器件具有的电压阈值特性进行了改进,仿真结果表明基于改进电压阈值的模型所呈现的电学特性更加准确地反映了忆阻器的输入输出特性。     

一种分数阶忆阻器的Verilog-A模型及应用

近年来,科研人员为研究忆阻器的电气特性及其在电路中的应用,建立了多种整数阶忆阻器的Verilog-A模型,但分数阶忆阻器的Verilog-A模型还未见报道。文章提出了一种分数阶忆阻器的Verilog-A模型,对其相关特性进行了分析,总结了参数对忆阻器电气特性影响的规律,并将此模型应用于脉冲宽度调制(PWM)电路中,通过改变分数阶阶次来调整PWM电路的占空比。实验结果证明了分数阶忆阻器Verilog-A模型的正确性和实用性。     

基于忆阻器的五阶MCK混沌电路研究

采用忆阻器替换分段线性电阻的方法,在Matsumoto,Chua和Kobayashi (MCK)提出的四阶混沌电路基础上,设计了一个含有忆阻器的五阶对称混沌电路,建立了五阶忆阻混沌电路的数学模型.采用常规动力学分析方法,分析了五阶忆阻混沌电路的平衡点集及其稳定性、Lyapunov指数.采用常规元器件,构建了五阶忆阻混沌电路的仿真模型,并进行了电路仿真实验.理论分析和仿真实验结果表明,设计的五阶忆阻混沌电路具有丰富的混沌行为,丰富了忆阻混沌电路的设计与应用.     

新型忆阻器混沌电路及其在图像加密中的应用

忆阻器是一种拥有记忆功能的电阻,目前忆阻器的研究热点及难点在于新模型的建立以及相关方面的应用。该文提出一种基于双曲正弦函数的新型磁控忆阻器模型,通过分析电压和电流的相轨迹关系,发现其具有典型的忆阻器电压-电流特性曲线。利用新建的忆阻器模型构造新型忆阻混沌系统,通过数值仿真绘出新系统的相轨迹图、分岔图、Lyapunov 指数谱等,分析了不同参数时系统的混沌演化过程。另外,基于电路仿真软件Multisim研制了实验仿真电路, 该电路结构简单、易于实际制作,且仿真实验与理论分析结论十分吻合,证实了提出的忆阻混沌系统电路在物理上是可以实现的。最后,利用新系统混沌序列对图像进行加密,重点分析了加密直方图、相邻像素相关性以及抗攻击能力与密钥敏感性,结果表明新系统对图像密钥及明文都非常敏感,密钥空间较大,新提出的忆阻混沌系统应用于图像加密具有较高的安全性能。     

基于忆阻器的Simulink模型及其特性分析

忆阻器是纳米级尺寸、非易失性的两端无源性器件,在数据存储、图像处理和模拟神经网络突触等方面有很大的优势。为了研究忆阻器的特性,在理想的忆阻器模型的基础下,搭建了2种不同窗函数的忆阻器Simulink模型。通过Matlab仿真研究了不同的输入激励以及模型的变化对忆阻器的影响,获得了关于忆阻器的许多新特性和一些重要的结果,并与已知的忆容器和忆感器的输入输出特性作了对比,说明忆阻器与忆容器、忆感器具有相似的特性。仿真结果表明忆阻器在应用方面的具有很大的潜力。     

交叉杆结构忆阻器件的研究进展

忆阻器被认为是除电容器、电感器、电阻器之外的第四种无源器件,具有器件结构简单、操作速度快、功耗小等优点,是具有电阻记忆特性的非易失性的电阻元件。而交叉杆结构忆阻器件作为忆阻器的一种结构,由于其较之其他结构的忆阻器具有结构简单、集成度高、容错性和并行性优良等特性,受到了外界广泛的关注及研究。文章综述了近年来交叉杆忆阻器的兴起和发展现状,阐述了以交叉杆结构为基础的各类忆阻器的制备及应用。     

忆阻器的建模及高精度忆阻值读写电路的设计

使用现有电路元件设计了一种荷控忆阻器的理论模型。由于把忆阻器应用于存储器、神经网络、信号处理等领域均涉及到忆阻器的读写操作,并且目前忆阻器大多是数字量0和1的操作,没有模拟量的操作。所以利用了荷控忆阻器的电荷特性,给出一种描述如何读取忆阻器的模拟忆阻值的方法。利用了荷控忆阻器的频率特性,设计了一个反馈式忆阻值写电路,该电路能够在忆阻器的阻态范围内进行任意模拟量的写操作。仿真结果验证了设计的正确性。     

忆阻器特性及其在电路设计中的应用

介绍了忆阻器的起源与发展历程,讨论了忆阻器的端口特性及其在电路设计中的应用,并将忆阻器的端口特性与电阻、电感、电容元件作比较;其次,讨论了目前比较常见的四种忆阻器的数学模型及其特点;最后,根据忆阻器具有的非线性特性和特殊的记忆功能,分析了其构成混沌电路、滤波电路及波形发生电路时,电路所具有的特殊性能。     

忆阻器混沌电路的仿真

本文介绍了HP忆阻器的基本概念及数学模型,该模型可以较好地表示HP忆阻器的非线性掺杂漂移性质,将忆阻器用于蔡氏电路,可以得到基于忆阻器的混沌电路。笔者使用Matlab进行系统级仿真,并简要地进行了动力学分析。建立了忆阻器的Orcad模型,对其进行了仿真实验,其结果与HP实验室相同。我们用Orcad进行器件级仿真,为实际的混沌电路提供基础。该数值仿真和电路仿真结果一致,表明该混沌电路是可行的。     

二端变类器实现忆阻元件

忆阻元件是由蔡少棠先生根据对称原理推测出的第四种基本电路元件。变类器是线性二端口类型变换器的统称。它的作用是把电路元件从一种类型转变为另一种类型。本文根据忆阻元件的一般特性,介绍了利用二端变类器实现忆阻元件的状态方程,并利用第1型R—M变类器和第Ⅱ型R—M变类器和电阻元件结合,给出了可以表征忆阻元件特性的电路原理模型图。     

基于分数阶忆阻器的混沌电路分析与设计

提出了一种新型的分数阶忆阻混沌电路.首先,建立了分数阶忆阻器的数学模型,通过数值仿真验证了分数阶广义忆阻器满足忆阻器的基本特性.然后,将分数阶广义忆阻器与蔡氏振荡电路相结合,建立了一种基于分数阶广义忆阻器的混沌电路模型.通过稳定性理论,对分数阶系统的稳定性进行了分析.为了进一步研究电路参数对系统动态行为的影响,利用相位...     

离散分数阶忆阻系统建模及其在Logistic映射中的应用北大核心CSCD

为了拓宽忆阻器的研究范围,通过分析分数阶差分理论和三次非线性磁控忆阻器数学模型,建立了由分数阶差分方程确定磁通量的离散分数阶忆阻模型。数值模拟结果显示,紧缩磁滞回线具有忆阻器的三个特征,这表明所提出的离散分数阶忆阻器满足忆阻器的定义。最后,作为应用,设计了分数阶忆阻Logistic映射,并得到了系统在特定初值和阶次下的多稳定性和新的混沌序列。建立的忆阻模型输入电流不再局限于连续信号,并且将阶次推广至分数阶,拓宽了忆阻器的研究范围。     

一种基于PVK/ZnO异质结构的新型光电忆阻器

科研人员通过不断研究和创新提出了多种光电忆阻结构来模拟生物体中的光突触,以用于神经形态计算领域.其中,有机光电忆阻器具有成本低、制备工艺简单、柔韧性高等特点,渐渐成为该领域的研究热点,吸引了越来越多研究者.传统PVK(聚乙烯基咔唑)有机光电忆阻器,其功能层材料PVK具有优异的光伏性能和较高的空穴迁移率,但是受限于有机物电阻转变机理不够明确、材料稳定性较差等原因存在稳定性差、可重复次数低等问题.文中在Al/PVK/W/Si结构的光电忆阻器基础上,引入具有高稳定性、高电子迁移率的氧化锌功能层,提高PVK光电忆阻器的相关性能.通过对制备得到的A1/PVK/ZnO/W/Si光电忆阻器进行详细测试,并与传统A1/PVK/W/Si结构的光电忆阻器进行对比,实验结果表明,新结构的光电忆阻器稳定性显著提高,可重复性增强.     

新型二阶磁控忆阻器简化模型的设计与验证

忆阻理论的提出极大地推进了混沌系统的发展,丰富了混沌电路的动力学行为。运算放大器因其强大的信号处理能力,成为忆阻器电路模型的重要组成部分。本文基于低功耗差分对构建了一种极简化的运算放大器,该运算放大器将所需晶体管数目减少至2个;以此运算放大器为基础,设计了新型二阶磁控忆阻器的模拟等效电路模型和硬件实验电路。结果表明：激励信号频率增加,斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积减小;激励信号幅度增加,斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积增加。电路仿真结果与硬件电路实验结果验证了新型磁控忆阻器模型的有效性与设计方法的正确性。