【正文】 互轉(zhuǎn)換。 例如，開路電壓增益AVO和短路電流增益Ais之間的關(guān)系可以按下面的方法分析得到。， Ro，令這兩個開路輸出電壓值相等，= Vi /Ri成立，則得到下列關(guān)系式： (213) (214)式中的Ro 和Ri分別是電流放大器模型中的輸出電阻和輸入電阻。 用類似的方法進(jìn)行分析，可以得到開路電壓增益與短路跨導(dǎo)增益及開路跨阻增益之間的關(guān)系式： (215) (216)利用式(214)到式(216)可以獲得任何兩種增益參數(shù)之間的相互關(guān)系。 四種基本放大器增益變換關(guān)系式已 知 模 型 參 數(shù)AVO、RI、ROAis、RI、ROGms、RI、RORmo、RI、RO變換后增益AVOAisGmsRmo應(yīng)該指出，由于四種基本放大器的增益參數(shù)可以相互變換，當(dāng)設(shè)計一個具體的電子系統(tǒng)(或子系統(tǒng))時，可以利用四種基本放大器中的任何一種作為標(biāo)準(zhǔn)部件來完成設(shè)計，實現(xiàn)所要求的輸出——輸入函數(shù)關(guān)系。但是，由于四種基本放大器的輸入電阻及輸出電阻水平有很大差別，當(dāng)用不同的放大器實現(xiàn)相同的系統(tǒng)函數(shù)關(guān)系時，將在其他性能上表現(xiàn)出很大的不同。 電壓型和跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的比較電壓型集成運(yùn)算放大器即人們熟知的常規(guī)運(yùn)算放大器，它的產(chǎn)品型號最多，應(yīng)用最廣泛?？鐚?dǎo)型集成運(yùn)算放大器，這種集成放大器的產(chǎn)品種類和應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和常規(guī)電壓型運(yùn)算放大器相比擬，但是它所具有的一些特殊性能聞益引起人們重視，被認(rèn)為很有應(yīng)用價值和發(fā)展前景。本節(jié)對它們的性能從以下幾方面作比較，討論它們的不同之處，從而對跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器建立一些基本概念。1. 放大作用的比較跨導(dǎo)型放大器實現(xiàn)輸入電壓信號對輸出電流信號的控制，其增益的量綱是西門子，電壓型放大器實現(xiàn)電壓信號的放大作用，其增益沒有量綱。由于兩種放大器增益類型具有不同的量綱，但是具有相同的放大級數(shù)、且由同一集成工藝制作的跨導(dǎo)放大能力要比電壓型的放大能力弱。2. 電路結(jié)構(gòu)比較 兩種集成運(yùn)算放大器相比較，跨導(dǎo)的結(jié)構(gòu)簡單的多，其輸入級將電壓輸入信號變換為電流信號后，可直接利用后級晶體管的電流放大作用，將電流信號放大并傳送到輸出端，不需要象電壓型那樣，在內(nèi)部電路多次進(jìn)行電流——電壓變換，此外，跨導(dǎo)型沒有阻抗變換、電平轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，電路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、對實用運(yùn)算放大器產(chǎn)品，兩種類型都采用差動輸入級和推挽式輸出電路，因此，都具有兩個輸入端和一個輸出端，這是結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)。3. 通頻帶比較 跨導(dǎo)型的放大器通頻帶比電壓型寬很多，這是它突出的優(yōu)點(diǎn)。形成這一優(yōu)點(diǎn)不難理解，跨導(dǎo)型輸出量是電流，現(xiàn)主要電子器件（包括雙極型和場效應(yīng)晶體管）的輸出量也是電流，當(dāng)電壓輸入信號在輸入級變換為電流信號之后，再經(jīng)電流傳輸或放大級，即可獲得電流信號，一般來講，在電流傳輸級或電流放大級電路中，無需設(shè)置高阻抗節(jié)點(diǎn)，晶體管極間電容沒有大的電壓擺幅。與之相反，電壓型放大器輸出量是電壓，為了將晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換成大幅度的輸出電壓，必須在每一級內(nèi)設(shè)置一高阻抗點(diǎn)，由此引起晶體管極間電容Cμ上大幅度電壓擺動，形成嚴(yán)重的時間延遲，這就是所謂的密勒電容效應(yīng)，使得電壓型的高頻應(yīng)用范圍遠(yuǎn)低于晶體管本身的截止頻率。4. 增益可控性比較 電壓型集成運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓增益值很高，在使用這種放大器一般工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)，其閉環(huán)特性由反饋網(wǎng)絡(luò)特性決定，而與放大器本身的開環(huán)增益值基本無關(guān)，因此調(diào)節(jié)開環(huán)電壓增益值的大小并沒有意義。跨導(dǎo)型放大能力較弱，在使用中大多數(shù)工作在開環(huán)或非深度負(fù)反饋狀態(tài)，其開環(huán)跨導(dǎo)增益值的變化可以調(diào)節(jié)電路的性能參數(shù)。借助改變偏置電流可以調(diào)節(jié)跨導(dǎo)增益值。結(jié)果跨導(dǎo)輸出電流不僅受控于輸入電壓，而且受控于一個增益調(diào)節(jié)器，使放大器增添了一個新的控制端，這一特點(diǎn)將為跨導(dǎo)應(yīng)用增加多樣性和靈活性[2]。總之，與常規(guī)電壓型運(yùn)算放大器比較，跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器的主要性能特點(diǎn)是：輸出電阻高，輸出量是不隨負(fù)載電阻變化的電流；高頻性能好，通頻帶寬；新增加一個增益控制端，使增益連續(xù)可調(diào)；電路結(jié)構(gòu)簡單，容易設(shè)計、制造；放大能力較弱，主要應(yīng)用于開環(huán)或非深度負(fù)反饋狀態(tài)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 跨導(dǎo)運(yùn)算放大器概述2 跨導(dǎo)運(yùn)算放大器概述本章介紹跨導(dǎo)運(yùn)算放大器（OTA）的基本概念和理想模型，然后介紹了幾種常用跨導(dǎo)集成運(yùn)算放大器產(chǎn)品，為后面的電路原理設(shè)計和實例仿真做好必要的準(zhǔn)備工作。 OTA的基本概念和理想模型 OTA的電路符號，它有兩個輸入端，一個輸出端，一個控制端。符號上的“+”號代表同相輸入端，“—”號代表反相輸入端，IO是輸出電流，IB是偏置電流，即外部控制電流。 OTA的符號 OTA的傳輸特性用下列方程描述： （31）式中，Io是輸出電流，Vid 是差模輸入電壓，Gm是開環(huán)增益，稱為跨導(dǎo)增益，量綱是西門子（S）。 OTA的特點(diǎn)OTA由于采用外偏置方式，為運(yùn)算放大器性能控制和應(yīng)用帶來靈活性。（1）選通控制：偏置端可作選通控制端，偏置電流即為選通電流，當(dāng)注入電流為零時，運(yùn)算放大器截止。（2）增益控制：因為改變偏置電流可以跨導(dǎo)Gm，從而實現(xiàn)增益的線性控制。（3）性能控制：通過控制偏置電流的大小還可使電路的其他電參數(shù)按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)減小偏置電流時，可降低電路功耗，提高輸入阻抗和減小失調(diào)電流，而當(dāng)增大電流時則可提高速度和增大輸出電流。（4）整個運(yùn)算放大器只有一級放大，因而閉環(huán)穩(wěn)定性好，一般不需要相應(yīng)補(bǔ)償，而且頻帶較寬。（5）輸出級為電流源形式，輸出阻抗很高，運(yùn)算放大器的電壓增益和負(fù)載有關(guān)，有AVD=GmRL，當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出級連接MOS器件，可獲得很高的電壓增益。 OTA理想模型 OTA的簡單模型根據(jù)式31的傳輸特性方程式。對這個理想模型，兩個電壓輸入端之間開路，差模輸入電阻為無窮大，輸出端是一個受差模輸入電壓控制的電流源，輸出電阻為無窮大。同時，理想跨導(dǎo)放大器的共模輸入電阻、共模抑制比、頻帶寬度等參數(shù)均為無窮大，輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流等參數(shù)均為零。通過以上對OTA基本概念的介紹看出，與常規(guī)的電壓型(電壓輸出／電壓輸入)運(yùn)算放大器比較，OTA具有下列性能特點(diǎn)：① 輸入電壓控制輸出電流，開環(huán)增益是以S為量綱的跨導(dǎo)；② 增加了一個控制端，改變控制電流(即偏置電流IB)可對開環(huán)增益Gm，進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)；③ 它還具有電流模式電路的特點(diǎn)，如頻帶寬，高頻性能好等。 幾種跨導(dǎo)集成運(yùn)算放大器產(chǎn)品跨導(dǎo)型集成運(yùn)放的種類是比較多的，跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的主要性能特點(diǎn)是輸出電阻高，輸出量是不隨負(fù)載電阻變化的電流，高頻性能好，通頻帶寬，新增一個增益控制端，使增益連續(xù)可調(diào)，電路結(jié)構(gòu)簡單，容易設(shè)計、制造，放大能力較弱，主要用于開環(huán)或非深度負(fù)反饋狀態(tài)?？鐚?dǎo)器通常分為雙極型和CMOS兩種，下面對在后面的電路設(shè)計和仿真中將要用到的幾種跨導(dǎo)型集成運(yùn)放進(jìn)行簡要的介紹。 雙極型集成雙跨導(dǎo)運(yùn)算放大器有很多，如國內(nèi)的F13600型，國外的LM13600型，還有其他的雙極型的跨導(dǎo)如CA3080，CA3060等，雙極型寬帶的OTA電路，如OPA660。雙極型跨導(dǎo)運(yùn)算放大器具有很多優(yōu)良性能，例如，Gm增益值及其可調(diào)范圍均較大，Gm與偏置電流之間具有大范圍的線性關(guān)系等。其主要缺點(diǎn)是傳輸特性的線性范圍小，在非線性誤差不大于1%的條件下，未經(jīng)線性補(bǔ)償?shù)腛TA的差模輸入電壓允許值約為10毫伏。1. CA3080跨導(dǎo)運(yùn)算放大器CA3080是單跨導(dǎo)運(yùn)算放大器，其跨導(dǎo)增益值的可調(diào)范圍大于3個數(shù)量級，偏置電流與跨導(dǎo)增益有良好線性關(guān)系；作電壓跟隨器的轉(zhuǎn)換速率可達(dá)50V／us在177。2V~177。15V電源電壓范圍內(nèi)均可正常工作；靜態(tài)功耗可由偏置電流調(diào)節(jié)，變化范圍10uW~30mW。CA3080系列產(chǎn)品有CA3080和CA3080A，它們的內(nèi)部電路和性能參數(shù)均對應(yīng)相同，但允許工作溫度范圍有所不同。 CA3080型OTA外引線功能輸入電壓輸出電流電源偏置電流Vi+ViIoV+VIB圓殼八線326745雙列直插八線3267452. LM13600跨導(dǎo)運(yùn)算放大器13600型OTA是跨導(dǎo)運(yùn)放的改進(jìn)型，國外的型號LM13600，XR13600，國內(nèi)的型號F13600，它是具有線性化輸入二極管和達(dá)林頓緩沖，輸出級的雙跨導(dǎo)放大器。 13600型OTA外引線功能表功能引線號輸入電壓輸出電流電源位置電壓緩沖器Vi+ViIoV+VIBIDVIVo放大器A3451161278放大器B1413121161615109在直接輸入電壓信號的工作條件下，LM13600跨導(dǎo)運(yùn)放輸出電流Io及跨導(dǎo)增益Gm表達(dá)式分別為： （32） （33）LM13600 采用雙排直插16 線封裝，同一封裝內(nèi)的兩個放大器特性一致，其特性由各自偏置電流獨(dú)立控制；放大器跨導(dǎo)增益有大于4 個數(shù)量級的可調(diào)范圍；偏置電流對跨導(dǎo)增益有良好的線性控制關(guān)系；在放大器的輸入端加入線性化補(bǔ)償二極管，用以降低非線性失真，擴(kuò)大傳輸特性的線性范圍；在放大器輸出端設(shè)置了能自動調(diào)節(jié)輸入阻抗的達(dá)林頓緩沖輸出級，使該放大器能獨(dú)立提供高阻電流輸出端和低阻電壓輸出端，增加其應(yīng)用靈活性。 CMOS跨導(dǎo)運(yùn)算放大器隨著CMOS工藝技術(shù)和電路設(shè)計的發(fā)展，CMOS跨導(dǎo)器在近年來得到了重點(diǎn)研究和發(fā)展。與雙極型OTA相比，CMOS跨導(dǎo)器的增益值及其可調(diào)范圍較小，但它的輸入電阻高、功耗小、熱穩(wěn)定性好，更加適宜在集成系統(tǒng)中的應(yīng)用，它不是通用集成部件，沒有市售產(chǎn)品。CMOS跨導(dǎo)器在應(yīng)用中大多工作在開環(huán)或非深度負(fù)反饋狀態(tài)，以便用調(diào)節(jié)開環(huán)增益Gm值去控制電路和系統(tǒng)的性能參數(shù)。這時，跨導(dǎo)器的兩個輸入端之間不存在“虛短路”，在大信號輸入條件下，兩個輸入端之間出現(xiàn)的信號也大。為了使電路和系統(tǒng)有較大的動態(tài)范圍，要求CMOS跨導(dǎo)器具有大信號下的高線性度。CMOS跨導(dǎo)器的電路結(jié)構(gòu)與雙極型OTA相似，一般也有跨導(dǎo)輸入級和電流鏡組成，而且用源極耦合差動放大級作為跨導(dǎo)輸入級的基本電路。分析表明，源耦差分輸入級能提供低噪聲、低漂移、良好的高頻特性和共模抑制能力，但它的大信號傳輸特性是非線性的，而且是構(gòu)成CMOS跨導(dǎo)器非線性的主要來源。因此，在設(shè)計CMOS跨導(dǎo)器的電路時，需要解決的一個主要問題是如何改善輸入級傳輸特性的線性程度并擴(kuò)大線性范圍。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 一階OTAC濾波器的設(shè)計和仿真3 一階OTAC濾波器的設(shè)計和仿真本次畢業(yè)設(shè)計主要是采用OTA作為有源器件設(shè)計有源濾波器，而一階濾波器是濾波器設(shè)計的基礎(chǔ)，本章主要設(shè)計了一階有源濾波器，并對其進(jìn)行了仿真。由于計算機(jī)仿真所采用的軟件是Multisim 2001，下面先對Multisim 2001作了簡單的介紹，然后對基于OTA的濾波器的基本概念原理進(jìn)行了介紹。本章中一階有源濾波器的設(shè)計和仿真也為后面二階有源濾波器的設(shè)計做好了準(zhǔn)備工作。 Multisim簡介Multisim 2001仿真軟件是本次畢業(yè)設(shè)計中電子電路計算機(jī)仿真與分析的基礎(chǔ)，本節(jié)就Multisim 2001的相關(guān)內(nèi)容作了簡單的介紹。Multisim 2001是加拿大Interactive Image Technologies公司2001年推出的Multisim版本，是該公司電子線路仿真軟件EWB（Electronics Workbench,虛擬電子工作臺）的升級版。Multisim 2001用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實現(xiàn)“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。Multisim 2001是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。Multisim 2001的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。Multisim 2001具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅立葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。Multisim 2001可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路、及部分微機(jī)接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。 利用Multisim 2001可以實現(xiàn)計算機(jī)仿真設(shè)計與虛擬試驗，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計與實驗方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計與實驗可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊試驗，修改調(diào)試方便；設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗；可方便的對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析；可直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實驗成本低，實驗速度快，效率高；設(shè)計和實驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。Multisim 2001易學(xué)易用