电压分数阶积分控制式忆阻器制造技术

本发明专利技术公开了一种电压分数阶积分控制式忆阻器，包括引脚a、引脚b、压控电阻UR、电阻R和电压分数阶积分器A，压控电阻UR包括电压控制端uc和受控电阻Ru，压控电阻UR内受控电阻Ru的电阻值受电压控制端uc的电压值控制，电压分数阶积分器A包括电压输入端u和电压输出端uc。该电压分数阶积分控制式忆阻器引脚a、b的电气特性等效了磁控忆阻器W的A、B引脚特性，为二引脚，进一步的降低已有电压分数阶积分控制式忆阻器的复杂度和元件数，具有忆阻值变化范围灵活、无接地限制、工作电压范围宽和易于理解的优点。

Voltage fractional-order integral controlled memristor

The invention discloses a voltage fractional-order integral controlled memristor, which includes pin a, pin b, voltage-controlled resistance UR, resistance R and voltage fractional-order integrator A. The voltage-controlled resistance UR includes voltage control terminal UC and controlled resistance R U. The resistance value of controlled resistance R u in voltage-controlled resistance UR is controlled by voltage value of voltage control terminal uc. Voltage fractional-order integrator A includes voltage input terminal u and voltage transmission. Exit UC. The electrical characteristics of the voltage fractional-order integral control memristor pins a and B are equivalent to those of the magnetically controlled memristor A and B pins W. They are two pins, which further reduce the complexity and number of components of the existing voltage fractional-order integral control memristor. They have the advantages of flexible range of memristor values, no grounding restriction, wide range of operating voltage and easy to understand.

【技术实现步骤摘要】
电压分数阶积分控制式忆阻器
本专利技术专利涉及新型电路设计领域，具体涉及一种电压分数阶积分控制式忆阻器。
技术介绍
分抗(fractance)，是分数阶阻抗(fractional-orderimpedance)的简称，是具有分数阶微积分(fractional-ordercalculus)运算功能的电子元器件或系统。电路实现分数阶微积分运算所需要使用的基本元件被称为分抗元(fractor)。理想的分抗元是不存在的，相应的近似实现电路称为分抗逼近电路。分抗、分抗元、分抗逼近电路是分数阶电路与系统的关键组成部分，分数阶电路与系统是一个新兴的跨学科研究领域。2001年，W.Ahmad等人将分抗元取代经典的维恩桥振荡器(Wien-bridgeoscillator)中的电容，得到分数阶维恩桥振荡器。2008年，A.G.Radwan和A.S.Elwakil等人给出分数阶振荡器的工作原理与多种分数阶振荡器的电路实现案例。由于真实电感器和电容器是具有分数阶运算特性，2013年，WangFa-Qiang等人结合分数阶微积分，研究开环Buck变换器传输函数的连续传导模式特性，并进行电路的PSIM仿真分析。2011年，A.G.Radwan等人细致的分析由容性分抗元和感性分抗元构成的串联电路，并给出数值计算与电路仿真结果。2014年，刁利杰、陈帝伊等人系统地分析和总结由电阻、容性分抗元和感性分抗元并联构成的分数阶电路的基本特征和规律，分析分数阶条件下电路所特有的纯虚阻抗问题。2016年，A.E.Calik等人分析容性分抗元和感性分抗元串联电路电荷随时间的变化规律。分抗元也是分数阶Hopfield神经网络电路实现的关键元件，分数阶Hopfield神经网络应用在抗芯片克隆领域得到了优异的性能。总之，将能实现分数阶微积分运算的分抗元应用到经典电路得到分数阶电路已成为电路与系统的研究热点之一，分数阶电路与系统已逐渐显露出其独特的优势。1971年，加州大学伯克利分校的蔡少棠教授从电路理论完备性出发，预测除电阻、电容和电感之外，还存在第四种表征电荷和磁通量之间关系的无源基本电路元件，并将其命名为忆阻器(memristor)。2008年惠普实验室在《Nature》杂志发表研究成果，宣布物理实现了具有忆阻器特征的二引脚器件。惠普实验室的突破引起学术界和工业界的广泛关注，掀起人们对忆阻器研究的热潮。忆阻器是一种非线性电阻，其电阻值能够随输入电流或电压的历史而发生变化，即能够通过电阻值的变化记忆流经的电荷量或磁通量。忆阻器的研究涉及到微电子、凝聚态物理、材料学、电路与系统、计算机和神经生物学等多学科领域，属于新兴交叉学科研究。随着相关研究的深入，实现具有分数阶微积分运算性能的忆阻器电路开始受到研究者们的关注，成为分数阶电路与系统的研究前沿之一。2010年，Ivo首次得到分数阶忆阻蔡氏电路，数值求解该电路方程，并分析电路的动力学行为与稳定性，这是公开的文献中首次报道同时含有分抗元和忆阻器的电路。2015年，俞亚娟等人基于HPTiO2线性忆阻器掺杂层厚度不能等于零或者器件整体厚度的事实，提出一个分数阶HPTiO2线性忆阻器，研究当受到周期外激励时运算阶对其忆阻值动态范围和输出电压动态幅值的影响规律，但未给出分数阶HPTiO2线性忆阻器电路或器件设计方案。2016年，PuYi-Fei等人提出并分析分忆抗元的概念及理论，给出在蔡氏周期表中的位置，并于2017年尝试将格形标度分抗中的电阻由忆阻等效电路替代，模拟电路实现分忆抗。2017年，GangquanSi等人于给出一种分数阶电荷控制忆阻器，含有电流的分数阶积分运算，GangquanSi等人进行了理论分析和数值仿真实验。2017年，SomiaH.Rashad等人使用分抗逼近电路、电流传输器和乘法器等元器件，电路实现一种电流分数阶积分控制式忆阻器，是一种非常好的尝试。但SomiaH.Rashad等人的电流分数阶积分控制式忆阻器，需要一端接地，输入信号的电压范围受到内部电流传输器的供电电压限制。电压分数阶积分控制式忆阻器，引入分数阶积分器的运算阶指标，比电压积分控制式忆阻器更灵活，且电压积分控制式忆阻器可看做电压分数阶积分控制式忆阻器运算阶延伸到1的特殊情形。在Multisim等电路仿真软件里使用电压分数阶积分控制式忆阻器元件搭建应用电路，测试分析特性，对促进其应用具有重要意义。但电路仿真软件元件库没有能直接使用的电压分数阶积分控制式忆阻器。需要设计出可在电路仿真软件里使用的电压分数阶积分控制式忆阻器，且二引脚不受接地要求限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电压分数阶积分控制式忆阻器，解决现有电压分数阶积分控制式忆阻器需要一端接地和输入信号的电压范围受到内部电流传输器的供电电压限制问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种电压分数阶积分控制式忆阻器，包括引脚a、引脚b、压控电阻UR、电阻R和电压分数阶积分器A，所述压控电阻UR包括电压控制端uc和受控电阻Ru，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的电阻值受电压控制端uc的电压值控制，所述电压分数阶积分器A包括电压输入端u和电压输出端uc，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的一端与电阻R的一端相连，所述电阻R的另一端分别与电压分数阶积分器A内电压输入端的负端和引脚b相连，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的另一端分别与电压分数阶积分器A内电压输入端的正端和引脚a相连，所述电压分数阶积分器A的电压输出端与压控电阻UR的电压控制端相连；所述压控电阻UR内受控电阻Ru的电阻值Ru＝Kr×uc，Kr为压控电阻UR的控制系数；从时刻0至时刻t，所述电压分数阶积分器A内电压输出端的电压值Ki为电压分数阶积分器A的比例系数，运算阶-1＜μ＜0，为积分运算符号，时刻0为分数阶积分的下限，时刻t为分数阶积分的上限。本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，该电压分数阶积分控制式忆阻器引脚a、引脚b的电气特性等效了忆阻器的引脚特性，为二引脚，具有忆阻值变化范围灵活、无接地限制、工作电压范围宽和易于理解的优点。附图说明图1为本专利技术的原理图图2为本专利技术实施例中运算阶μ＝-0.4时正弦电压源u(t)电压值和对应端口电流i(t)的伏安关系理论曲线图图3为本专利技术实施例中运算阶μ＝-0.5时正弦电压源u(t)电压值和对应端口电流i(t)的伏安关系理论曲线图图4为本专利技术实施例中运算阶μ＝-0.6时正弦电压源u(t)电压值和对应端口电流i(t)的伏安关系理论曲线图图5为本专利技术实施例中的幅频特征曲线图图6为本专利技术实施例中的相频特征曲线图图7为本专利技术实施例中的阶频特征曲线图图8为本专利技术实施例中的F特征曲线图图9为本专利技术实施例中的幅频特征仿真曲线图图10为本专利技术实施例中的相频特征仿真曲线图图11为本专利技术实施例中运算阶μ＝-0.6时正弦电压源u(t)电压值和对应端口电流i(t)的伏安关系仿真曲线图(频率f＝1Hz)图12为本专利技术实施例中运算阶μ＝-0.6时正弦电压源u(t)电压值和对应端口电流i(t)的伏安关系仿真曲线图(频率f＝10Hz)图13为本专利技术实施例中运算阶μ＝-0.6时正弦电压源u(t)电压值和对应端口电流i(t)的伏安关系仿真曲线图(频率f＝200Hz)具体实施方式以下结合附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压分数阶积分控制式忆阻器，包括引脚a、引脚b、压控电阻UR、电阻R，其特征在于，包括电压分数阶积分器A，所述压控电阻UR包括电压控制端uc和受控电阻Ru，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的电阻值受电压控制端uc的电压值控制，所述电压分数阶积分器A包括电压输入端u和电压输出端uc，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的一端与电阻R的一端相连，所述电阻R的另一端分别与电压分数阶积分器A内电压输入端的负端和引脚b相连，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的另一端分别与电压分数阶积分器A内电压输入端的正端和引脚a相连，所述电压分数阶积分器A的电压输出端与压控电阻UR的电压控制端相；所述压控电阻UR内受控电阻Ru的电阻值Ru＝Kr×uc，Kr为压控电阻UR的控制系数；从时刻0至时刻t，所述电压分数阶积分器A内电压输出端的电压值

【技术特征摘要】
1.一种电压分数阶积分控制式忆阻器，包括引脚a、引脚b、压控电阻UR、电阻R，其特征在于，包括电压分数阶积分器A，所述压控电阻UR包括电压控制端uc和受控电阻Ru，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的电阻值受电压控制端uc的电压值控制，所述电压分数阶积分器A包括电压输入端u和电压输出端uc，所述压控电阻UR内受控电阻Ru的一端与电阻R的一端相连，所述电阻R的另一端分别与电压分数阶积分器A内电压输入端的负端和引脚b相连，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：余波，
申请(专利权)人：成都师范学院，
类型：发明
国别省市：四川,51