Analysis of Characteristic Values of Op-Amp Designed Using Memristor and Application Examples

Abstract

Doğrusal TiO2 sürüklenme modeli ile gerçekleştirilen memristör taklit devresiyle geleneksel işlemsel yükselteç (741 ailesi) elemanı yeniden tasarlanarak optimize çalışma şartları ve durumları nümerik analizler yapılarak benzetim çalışmaları ile belirlenmiştir. Tasarlanan işlemsel yükseltecin ideal çalışma noktalarını yakalayabilmesi için frekans, birim, anahtarlama ve elektriksel karakteristik testleri gerçekleştirilmiştir. Önerilen op-amp modeli ile gelenekesel op-amp modeli karşılaştırılmıştır. Önerilen op-amp kullanılarak gerçekleştirilen, RC osilatörlerden olan wien köprü ve faz kaydırmalı osilatör (FKO) devrelerinde, osilasyona başlama süresi, osilasyon bandına oturma süresi, hızlı fourier dönüşümü (HFD) analizleri ve çıkış parametreleri incelenmiş ve geleneksel op-amp ile tasarlanan osilatör devreleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca bu devrelerin etkinliği uygulama devreleri ile bütünleşik bir hale getirilerek önerilen modelin güvenilirliği sonuçlarla doğrulanmıştır. Sonuç olarak önerilen op-amp modelinin geleneksel op-amp modeline göre giriş dengesizlik akımlarında yaklaşık olarak 2 kat, ortak mod bastırma oranı (CMRR) değerinde 2dB'lik, değişim hızı oranında yaklaşık olarak 4 kat, maksimum sinyal frekansında ise 2.5 kat iyileştirmeler olduğu görülmüştür. Önerilen op-amp ile gerçekleştirilen osilatör devrelerinde; osilasyona başlama ve oturma sürelerinde wien köprüsü osilatörde yaklaşık olarak sırasıyla %72.22 ve %82.60 iyileştiği, faz kaydırmalı osilatör devresinde ise osilasyona oturma süresinde yaklaşık olarak %37'lik bir iyileşme olduğu görülmüştür.

By redesigning the traditional operational amplifier (741 family) element with the memristor emulator circuit realized with the linear TiO2 drift model, the optimized operating conditions and states were determined by numerical analysis and simulation studies. Frequency, unit, switching and electrical characteristic tests have been carried out in order to design operational amplifier and achieve the ideal operating points. The proposed op-amp model is compared with the traditional op-amp model. Wien bridge and phase shift oscillator (PSO) circuits, which are RC oscillators, realized by using the proposed op-amp, oscillating start time, oscillating band sitting time, fast fourier transform (FFT) analysis and output parameters were examined and compared to oscillator circuits designed with traditional op-amps. In addition, the efficiency of these circuits has been integrated with the application circuits and the reliability of the proposed model has been verified by the results. As a result, it was observed that the proposed op-amp model improved approximately 2 times in input offset currents, 2dB increase in common mode rejection ratio (CMRR), approximately 4 times in slew rate ratio, and 2.5 times in maximum signal frequency compared to traditional op-amp model. In the oscillator circuits realized with the proposed op-amp; In the oscillating starting and settling times, the wien bridge oscillator improved by approximately 72.22% and 82.60%, respectively, and the oscillating settling time improved by approximately 37% in the phase shifted oscillator circuit.