Analog uygulamalar için memristör emülatör devre geliştirilmesi, benzetimi ve uygulaması
Memristor emulator circuit development, simulation and application for analogue applications
Yazar: SEMİH EROĞLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLÜFER ERTEKİN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Memristörler, gelişmiş bellek depolama ve bilgi işlem teknolojileri için temel bileşenler olarak kabul edilmektedir. Ancak memristörün yaygın olarak benimsenmesi, karmaşık imalat süreçleri ve yüksek maliyetler nedeniyle engellenmektedir. Bu yüzden araştırmacılar, memristörlerin özelliklerini kopyalamak için emülatör devreleri gibi alternatif yaklaşımları araştırmaktadır. Çok sayıda araştırmacı, entegre devre bileşenlerini içeren çeşitli konfigürasyonları, transistör tabanlı tasarımları ve hem entegre devre elemanlarını hem de transistörleri birleştiren hibrit kurulumları içeren çok çeşitli emülatör devrelerinin geliştirilmesini araştırmaktadır. Memristörlerin temel bir özelliği olan histerezis döngüsü, uygulanan gerilim ile ortaya çıkan akım arasındaki ilişkiyi tanımlayarak cihazın hafıza benzeri davranışını sergilemektedir. Memristörlerde, Kıstırma Histerezis Döngüsü (KHD) olarak bilinen histerezis döngüsünün alanı, uygulanan sinyallerin frekansı arttıkça azalır.
Bu çalışma, hatırlama davranışını doğru bir şekilde kopyalamak için analog blokları kullanan yüksek frekanslı bir memristör emülatörü önermektedir. Bu araştırma için işlemsel yükselteç tabanlı devreler seçilmiştir. Geleneksel emülatör devrelerinden farklı olarak önerilen tasarım, geniş bir frekans aralığında çalışmasına olanak tanıyan Schottky diyotları ve yüksek hızlı entegre devreleri (IC'ler) içerir. Bu, mevcut karmaşık emülatörlere göre daha basit ve daha uygun maliyetli bir alternatif sunar. Emülatörün teorik formülasyonları, çeşitli frekansları kapsayan ve 100 Hz ila 1 MHz arasında operasyonel işlevsellik gösteren Proteus simülasyonları aracılığıyla titizlikle doğrulanmıştır. Bu çalışma, önerilen emülatörün geniş bir frekans spektrumunda hatırlama davranışını doğru bir şekilde simüle edilmesindeki etkinliğini doğrulamaktadır.
Ek olarak, önerilen devreler deneysel olarak uygulanarak geniş bir frekans aralığında hatırlama davranışının kopyalanmasındaki etkinliklerinin daha fazla doğrulanmasını sağlamıştır.

Abstract:
Memristors, renowned for their unique capacity to retain charge flow data, are acknowledged as pivotal components for advancing memory storage and computing technologies. However, their widespread adoption is hindered by complex fabrication processes and high costs. Consequently, researchers are exploring alternative approaches, such as emulator circuits, to replicate the characteristics of memristors. Numerous researchers have delved into the development of a wide array of emulator circuits, incorporating various configurations involving integrated circuit components, transistor-based designs, and hybrid setups that merge both integrated circuit elements and transistors. The hysteresis loop, a fundamental characteristic of memristors, describes the relationship between applied voltage and resulting current, showcasing the device's memory-like behavior. In memristors, the area of the hysteresis loop, known as the Pinch Hysteresis Loop (PHL), decreases as the frequency of applied signals increases.
This study proposes a high-frequency memristor emulator that utilizes analog blocks to accurately replicate memristive behavior. Operational amplifier-based circuits are chosen for this research. Unlike traditional emulator circuits, the proposed design incorporates Schottky diodes and high-speed integrated circuits (ICs), enabling it to operate across a wide frequency range. This presents a simpler and more cost-effective alternative to existing complex emulators. The theoretical formulations of the emulator are rigorously validated through PROTEUS simulations covering various frequencies, demonstrating operational functionality ranging from 100 Hz to 1 MHz. This confirms the effectiveness of the proposed emulator in accurately simulating memristive behavior across a broad frequency spectrum.
Additionally, the proposed circuits are implemented experimentally, providing further validation of their effectiveness in replicating memristive behavior across a wide frequency range.