记忆器件等效电路模型及电学特性研究

摘要

忆阻器、忆容器和忆感器作为三种新型的记忆器件，延伸了经典的电子电路基本理论。由于记忆器件其特有的“记忆”特性，其潜在价值引起了广泛关注，已在非易失性存储器、人工神经网络、生物医学、图像处理和混沌电路中得到应用。但记忆器件的制备受限于精密的纳米技术和苛刻的实验环境，其商品化还需漫长的过程。为了便于分析和研究记忆器件的电学特性及其相关应用，根据记忆器件的实际电学特性来构建其等效电路模型是一种行之有效的方法。本文所研究的内容主要分为记忆器件等效电路模型的构建和记忆器件电学特性的研究，主要包含以下几个部分：
　　（1）本文以惠普忆阻器为基础，详细地介绍了其物理结构与记忆机理。综述了记忆器件的国内外研究现状以及其应用领域与前景。从电路学理论的完备性出发证明了忆阻器的存在，由于记忆效应是纳米材料普遍存在的一种现象，从而忆容器和忆感器的相关概念相继提出。
　　（2）根据忆阻器的赋定关系，采用通用的电子元件搭建了一个最简忆阻器模拟器，该电路仅包含5个元器件，但遗憾的是只能实现接地形式。作为一个二端口器件，忆阻器应该可以与其他电子元器件实现任意的连接，为解决这个缺陷，对该电路进行改进设计了一种浮地型忆阻器模拟器，并对其电路进行硬件实现，实验测试结果很好的显示了忆阻器其典型的收缩迟滞环。
　　（3）为了在同一个电路中模拟三种记忆器件的电学行为，结合线性电压控制浮地阻抗电路和电流积分器，构建了一种结构简单的通用的记忆器件模拟器。在相同的拓扑结构下，该模拟器电路通过接入不同类型的元器件，能分别模拟忆阻器、忆容器和忆感器的电学行为。该模拟器浮地且采用通用的电子元件搭建，因而方便在简单的实验环境下分析和研究记忆器件的特性及其应用电路。
　　（4）对于浮地型忆阻器模拟器，本文研究分析了激励信号的类型、频率和幅值的变化对其电学特性的影响。而记忆器件作为一个受内部状态变量控制的动态器件，其内部状态变量的初始值对器件电学特性的影响尤为重要。本文以分段线性忆感器的数学模型为基础，从对称性和非对称性两种分段线性模型出发，研究了内部状态变量在不同的初始值下对忆感器电学特性的影响。
　　（5）将本文所提出的通用的记忆器件模拟器分别替换RLC串联电路中的电阻、电感和电容元件，得到三种新型的串联谐振电路，从时域和频域两方面出发研究分析了记忆器件对电路的影响，对于记忆器件的潜在应用提供了重要的指导作用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文研究内容与结构安排

第2章 记忆器件基本理论

2.1 引言

2.2 惠普忆阻器

2.3 记忆器件相关概念及分类

2.4 记忆系统

2.5 本章小结

第3章 记忆器件等效电路模型

3.1 引言

3.2 忆阻器电路实现

3.3 一种通用的记忆器件模拟器

3.4 本章小结

第4章 记忆器件电学特性研究

4.1 引言

4.2 忆阻器相关电学特性

4.3 忆感器数学模型及电学特性研究

4.4 状态变量初始值对忆感器电学特性的影响

4.5 本章小结

第5章 基于记忆器件的应用电路

5.1 引言

5.2 基于记忆器件的新型RLC串联谐振电路

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文工作总结

5.2 论文工作不足及展望

参考文献

致谢

在校期间发表学术论文与研究成果