【正文】 電流模式部分起決定作用。一方面，在多種線性和非線性模擬電路和系統(tǒng)中進(jìn)行信號運(yùn)算和處理；另一方面，在電壓信號變量和電流模式信號處理系統(tǒng)之間作為接口電路，將待處理的電壓信號變成電流信號，再送入電流模式系統(tǒng)進(jìn)行處理。 本文主要工作本篇論文主要研究跨導(dǎo)型放大器(OTA)，并對基于OTA的有源濾波器(OTAC濾波器)設(shè)計(jì)的原理和方法進(jìn)行了討論。第4章介紹了Multisim 2001和OTAC濾波器的基本知識，并對基于OTA的一階有源濾波器的設(shè)計(jì)原理和方法進(jìn)行了介紹，還結(jié)合Multisim 2001進(jìn)行了電路實(shí)例的設(shè)計(jì)與仿真。82山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 電子放大器的基本類型與性能比較1 電子放大器的基本類型與性能比較從網(wǎng)絡(luò)角度看，電子放大器是一種線性受控電源。本章將介紹四種基本類型放大器的性能與模型，并著重比較電壓型和跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的異同。電壓放大器的增益是輸出電壓與輸入電壓的比值，是一個(gè)沒有量綱的純數(shù)。所以，AVO稱為開路電壓增益，AV則稱為負(fù)載電壓增益。 理想電壓放大器的條件是R0=0，RI=∞，在這種條件下，AV恒等于AV0，而其電流增益恒等于無窮大。： 跨導(dǎo)放大器模型Io+ViRiGmsViRo ，GmsVI是增益為Gms的電壓控制電流源；Ro是輸出電阻，它衡量隨負(fù)載電阻變化輸出電流的穩(wěn)定程度，RI是輸入電阻。 理想跨導(dǎo)放大器的條件是Ro=∞，RI=∞。 電流放大器模型IiRiAisIiRoIo 在圖23中，AisII是增益為Ais的電流控制電流源，R0是輸出電阻，RI是輸入電阻?？缱璺糯笃鞯脑鲆媸禽敵鲭妷号c電流的比值，具有電阻的量綱歐姆。實(shí)際輸入電流與源信號電流的關(guān)系為： (212)設(shè)計(jì)跨阻放大器時(shí)，應(yīng)設(shè)法滿足R0RL，RIRS。由上面的分析看出，四種基本放大器的區(qū)別是：① 增益的量綱不同；② 對輸出電阻的要求不同，以電壓作輸出量的放大器要求RORL, 以電流作輸出量的放大器要求RORL；③ 對輸入電阻的要求不同，以電壓作輸入量的放大器要求及RIRs,以電流作輸入量的放大器要求RiRs。 Ro，令這兩個(gè)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。 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。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。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(shí)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。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(gè)增益調(diào)節(jié)器，使放大器增添了一個(gè)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]。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。（2）增益控制：因?yàn)楦淖兤秒娏骺梢钥鐚?dǎo)Gm，從而實(shí)現(xiàn)增益的線性控制。 OTA理想模型 OTA的簡單模型根據(jù)式31的傳輸特性方程式。 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(gè)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(jì)、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)。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。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。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。由于計(jì)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。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(shí)現(xiàn)“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。Multisim 2001可以設(shè)計(jì)、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。Multisim 2001易學(xué)易用，便于進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力。這是因?yàn)榭鐚?dǎo)——電容濾波器具有容易設(shè)計(jì)、電路簡單、便于集成、參數(shù)可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)。 OTAC濾波器的性能特點(diǎn)基于跨導(dǎo)放大器作有源器件的0TAC濾波器具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn)：①工作頻率高。跨導(dǎo)放大器是電流模式電路，它們的工作頻率可以伸展到高于50MHz(CMOS型)，甚至高于500MHz (雙極型)，因而使設(shè)計(jì)高頻連續(xù)時(shí)間濾波器成為可能。③參數(shù)可以電調(diào)節(jié)。連續(xù)時(shí)間模擬濾波器的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)存在制造容差和環(huán)境條件變化時(shí)，對濾波器性能參數(shù)的精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。關(guān)于OTAC濾波器設(shè)計(jì)方法的文獻(xiàn)有很多，歸納起來及狀態(tài)變量濾波器，有下列三種設(shè)計(jì)方法。OTAC濾波器的主要缺點(diǎn)是：處理大信號的能力較差；輸出阻抗高，而輸入阻抗并非無窮大，在用級聯(lián)法構(gòu)成高階濾波器時(shí)，需要在級間加入緩沖級，在輸出端也通常需要加緩沖級來驅(qū)動外部負(fù)載。本節(jié)介紹了幾種典型一階濾波器的應(yīng)用原理，并用CA3080和LM13600進(jìn)行了電路實(shí)例的設(shè)計(jì)仿真。2. CA3080構(gòu)成的一階低通濾波器對上面介紹的一階低通濾波器用CA3080進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并對其作分析仿真，觀察其性能參數(shù)。 LM13600一階低通壓控濾波器幅頻特性特性曲線，可構(gòu)成一階高通濾波器[3]，：由電路圖可以寫出： （48） （49）由上面二式可以得出電壓傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)函數(shù)分別為： （410） （411）上面二式表明，該電路高頻增益和截止頻率分別為： （412） （413）可見其高頻增益為常數(shù)1，不能調(diào)節(jié)；截止頻率與Gm成正比，可用OTA的偏置電流對fc進(jìn)行調(diào)節(jié)。 LM13600構(gòu)成的一階高通壓控濾波器電路圖其截止頻率的計(jì)算公式為： （414）可以計(jì)算出此電路的截止頻率為：在Multisim 2001中對該電路圖進(jìn)行仿真。，可以寫出一下方程式： （51） （52） （53）當(dāng)輸入電壓Vi分別作用于一個(gè)或幾個(gè)輸入端時(shí)，傳輸函數(shù)將分別具有不同類型的濾波特性。輸入信號有三個(gè)接入點(diǎn)，分別用VA、VB、VC表示；輸出信號有兩個(gè)負(fù)反饋環(huán)路。挑選某些有源RC濾波器作原型，采用節(jié)點(diǎn)電壓模擬方法，生成相應(yīng)的OTAC濾波器，不僅能保持與原型電路相似的濾波功能，而且還可以獲得OTAC電路一些新的性能，如參數(shù)電可調(diào)、高頻性能好等優(yōu)點(diǎn)。③ 用OTAC比例、加法、積分等基本電路模塊實(shí)現(xiàn)上述節(jié)點(diǎn)電壓的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)組合式。用相應(yīng)OTA及OTAC基本電路模擬式（64）和式（65），可得相應(yīng)的OTAC二階低通濾波器電路。，其相應(yīng)的性能參數(shù)分別為： （611） （612） （613）如果同步調(diào)節(jié)Gm2和Gm3，并始終維持Gm2=Gm3=Gm，則有： （614） （615） （616）當(dāng)電路中電容的數(shù)值選定后，Qp的數(shù)值就是確定的，等于兩個(gè)電容之比。下面將從兩個(gè)方面對這兩種濾波器的性能進(jìn)行仿真比較。 改動后的RC二階低通濾波器的電路圖 改動后的OTAC濾波器的電路圖在Multisim 2001中對改動后的兩種電路進(jìn)行仿真比較。但是，OTAC濾波器的參數(shù)卻可以用外部電信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。 電參數(shù)可調(diào)的OTAC二階低通濾波器在Multisim 2001中通過調(diào)節(jié)偏置電流，來比較電路前后的幅頻特性曲線。當(dāng)然，OTAC濾波器的研究與應(yīng)用還有待廣大電子技術(shù)人員的進(jìn)一步努力，才能更好的、更快的發(fā)展起來。然后，簡述了Multisim 2001和濾波器的一些基本知識，為以后跨導(dǎo)——電容濾波器（OTAC濾波器）的電路設(shè)計(jì)和軟件仿真做好了必要的準(zhǔn)備工作。限于本人時(shí)間與能力有限，在這次設(shè)計(jì)中肯定存在許多紕漏和錯(cuò)誤之處，懇請老師批評指正。在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到孫老師的悉心指導(dǎo)和幫助。各位老師的淵博知識，對學(xué)生的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我的大學(xué)生涯豐富多彩，使我的人生道路更加美麗寬廣；各位同學(xué)也與我真心相對，成為生活中不可或缺的伙伴。 CA3080和LM13600跨導(dǎo)運(yùn)放主要參數(shù)典型值參數(shù)符號CA3080IB=500μALM13600IB=500μA量綱輸入失調(diào)電壓VIOmv輸入失調(diào)電流IIOμA輸出電壓峰值VomV輸出電流峰值Iom500500μA靜態(tài)功耗P30mW輸入偏置電流IIBμA前項(xiàng)跨導(dǎo)增益GmmS共模抑制比KCMR110110dB輸出阻抗RO153MΩ輸入阻抗RI2626KΩ開環(huán)帶寬BWOL22MHZ轉(zhuǎn)換速率SR5050V/μs山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 附錄B附錄B 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)名稱：跨導(dǎo)放大器增益的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^對跨導(dǎo)運(yùn)算放大器的增益Gm的測定，了解跨導(dǎo)放大器的基本概念。將結(jié)果記錄在下表中，并繪制出坐標(biāo)圖。，二者成線性關(guān)系。這個(gè)過程對某個(gè)應(yīng)用特別適當(dāng)，那里模擬和數(shù)字式必須實(shí)施在同一個(gè)芯片上。 他們與他們的兄弟芯片有很大關(guān)系, ADC0816 和ADC0817 有可伸縮的16通道交換器。功能描述ADC0808/ADC0809如圖1, 在功能上劃分成2 基本的分支電路。兩個(gè)比較器的一個(gè)輸入是多路復(fù)用器的輸出。這種算法被執(zhí)行8 次，每次需8 個(gè)時(shí)鐘期共需要64個(gè)時(shí)鐘期間。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，3位的通道地址被分配在A,B,C三個(gè)引腳上，并通過ALE脈沖輸入到多路復(fù)用器的地址寄存器中。只要開始電平保持高電平，轉(zhuǎn)換就不會開始，但是開始電平一旦轉(zhuǎn)為低電平，轉(zhuǎn)換將立即開始，用時(shí)8個(gè)時(shí)鐘周期。一旦EOC輸出量到達(dá)高電平就意味著數(shù)據(jù)要準(zhǔn)備好，輸出量將隨之轉(zhuǎn)為高電平，TRISTATE輸出量的這種能力是允許數(shù)據(jù)被讀出。圖2 顯示了典型的比例變換器輸入連接變換裝置。當(dāng)刮水器是在中間刻度，則輸出電壓是：VO = VF x (刮水器位移) = VF x 。如果可能電源應(yīng)該有后備電源并且把電源看成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，還要能給各級的PC電路板供電。電壓參數(shù)的電壓范圍很大， VREF = REF(+) REF()， 到VCC, 但位于正中心的電壓必須保持在+/。假設(shè)是5 mA流過電阻器的電流是那里ILADDER 是256R通過的電流， ITRAN 是通過所有變換器的電流，并且IREF 參考電流。如果沒有另一個(gè)電源，如果REF(+) 之上，我們將用到LM358。當(dāng)參考電壓減小，系統(tǒng)噪聲將更具有影響，必須執(zhí)行更嚴(yán)格的防范措施在較低壓的情況下補(bǔ)嘗系統(tǒng)噪聲。這就意味著它的絕對數(shù)字電壓值非常重要，要準(zhǔn)確的測量這個(gè)絕對的數(shù)字電壓值也使同等的重要。未被管理的電源電壓 5V是必需的， 功能是作為校準(zhǔn)者和參考。一個(gè)單獨(dú)的后備電源是需要的。 當(dāng)使用這個(gè)方法, 兩輸入信號在兩轉(zhuǎn)換次過程中必須是穩(wěn)定的，否則最終結(jié)果將是不正確的。 LSB and the ADC0809 has anunadjusted error of 177。 output latch. The data in theoutput latch can then be read by the host system any timebefore the end of the next conversion. The TRISTATE capabilityof the latch allows easy interface to bus orientedsystems.The operation of these converters by a microprocessor orsome control logic is very sim