[发明专利]磁控忆阶元

说明书

本发明公开一种磁控忆阶元，包括引脚a、引脚b、压控变阶分抗U_F、电压积分器A。压控变阶分抗U_F包括电压控制端u_c和变阶分抗压控变阶分抗U_F内变阶分抗的运算阶受电压控制端u_c的电压值控制。电压积分器A包括电压输入端u和电压输出端u_c，电压输出端的电压值K_i为电压积分器A的比例系数。该磁控忆阶元具有磁通量记忆功能，磁通量改变了元件的运算阶，可作为新电路元件广泛的应用于电路与系统的设计中，其倍频性质是磁控忆阶元特有。

技术领域

本发明专利涉及电路元件基础理论，具体涉及磁控忆阶元。

背景技术

电子元件是构成电路与系统的最基本单元。1745年荷兰莱顿大学P.穆森布罗克发明的莱顿瓶是最原始的电容(capacitor)，1826年德国欧姆发现欧姆定律提出电阻(resistor)的概念， 1831年英国法拉第制成铁芯线圈制作出电感(inductor)。电阻、电容和电感是全世界公认的三种基本无源电路元件，已在电路与系统中得到最广泛的应用。

分数阶微积分(fractional calculus)是运算阶次为非整数的一种微积分，已成为数学分析的一个重要分支。由于分数阶微积分的长时记忆性、非定域性和弱奇异性，近年来，已成为科学和工程技术领域中使用的一种新数学手段。分数阶微积分在物理、化学、生物、控制、信号处理、图像处理、神经网络、电路与系统等领域得到了有效的应用，并已取得许多有益的结果。依据分数阶微积分理论，电容的运算阶为-1，电阻的运算阶为0，电感的运算阶为+1。运算特性介于电阻和电容之间的元件为容性分抗元(capacitive fractor)，运算特性介于电阻和电感之间的元件称为感性分抗元(inductive fractor)，分抗元(fractor)的分抗量简称为分抗 (fractance)。

电流、电压、电荷和磁通是电路理论的四个基本变量，它们之间共有六种关系：1.电流和电荷的关系由电流定义式建立；2.电压和磁通的关系由法拉第电磁感应定律建立；3.电压和电流之间的关系由电阻建立；4.电压和电荷的关系由电容建立；5.电流和电荷的关系由电感建立。电荷和磁通的关系由什么元件或定律来建立？很长时间以来，一直没有引起人们的关注和重视。

根据电路基本变量组合完备性原理，1971年美籍华裔科学家蔡少棠先生从理论预测出忆阻(memristor)的存在，蔡先生认为忆阻是建立电荷和磁通关系的电路元件，从而称忆阻为第四种基本电路元件，并得到学界的广泛认可。蔡先生还依据电路变量与电路元件的公理完备性(axiomatic completeness)、逻辑相容性(logical consistency)和形式对称性(formal symmetry)等，提出公理化的电路元件体系——蔡氏公理化元件系(Chua’saxiomatic element system)，进而得电路元件的到蔡氏周期表(Chua’s periodictable)。