【文章內(nèi)容簡介】 全面歸納了電流傳送器作為有源器件的有源網(wǎng)絡(luò)元件模擬電路、模擬信號運算電路 ,并著重闡述了一種基于電流傳送器的 高階濾波器模擬電感。 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 電流傳送器電路的介紹 引 言 1968 年，加拿大學者 和 提出了一種新的模擬標準部件電流傳送器（ Current Conveyor,簡稱 CC）。它是第一個電流模式通配符功能塊。 電流傳輸器是一個功能強大的標準組件，在結(jié)合其他電子組件可以很容易 地構(gòu)成一個特定的電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了各種模擬信號處理功能。與通用電壓模式運算放大器，電流變送器模式運算放大器在這一點上是相似的。 在過去的幾十年，可變電流信號電路在信號處理的巨大的潛在優(yōu)勢正在逐步了解被挖掘，電流變送器電路就可以解決一些電壓模式電路中遇到的問題，在速度，帶寬，動態(tài)范圍，等取得更優(yōu)異的性能。 研究的結(jié)果表明，在高頻率領(lǐng)域的，高速的信號處理，電流模式電路設(shè)計方法是電壓模式，以取代傳統(tǒng)的設(shè)計，電流模式電路現(xiàn)代模擬集成電路的發(fā)展和應(yīng)用推進到了一個新的階段。 在模擬技術(shù)中的幾個基本的信號處理功能（例如加 /減、比例、積分等），可以很容易地實現(xiàn)用電流傳送器。此外，自成末的 Y 值（當前的輸送機，帶有一個電壓愉）和電流因此，輸入端（ x）的，當前的輸送機的使用，都可以很容易地實現(xiàn)電壓模式的信號處理電路，電流模式信號處理電路也可以很容易地實現(xiàn)。 電流傳輸器電路，信號的大小無關(guān)，可以根據(jù)該運算放大器電路上的電壓比相應(yīng)的較高的電壓增益更大的帶寬。這是因為這些優(yōu)點，目前輸送電流傳送器及其應(yīng)用電路的研究和開發(fā)的集成電路設(shè)計師在市場上引起越來越多的關(guān)注，現(xiàn)在有一系列的電流傳送器集成設(shè)備（如 AD844， PA630 ）。 學者預測當前 輸送機等設(shè)備將取代運算放大器是最常用的標準設(shè)備。本章介紹各種類型的電流輸送，電流傳輸?shù)幕靖拍?，其在各方面的?yīng)用。 本章介紹了各種類型的電流輸送，當前輸送機的基本概念，澄清其應(yīng)用程序在所有方面的主要內(nèi)容包括：電流變送器端口特點及工作原理的分析，討論電流傳送器有源網(wǎng)絡(luò)的電路元件模擬和模擬信號處理方法，推出了幾款集成電流變送器電路。 電流傳送器的介紹 第一代電流傳送器 (CCI) 第一代電流傳輸器 (CCI)于 1968 年由 Smith 和 Sedra 共同提出，其理想輸出與輸入特性見式（ ），矩 陣中各變量均表示總瞬時量，且 c =177。 1。當 c =+1 時表示 Z 端和 X 端電流同時流入或流出電流傳送器，得到 CCI+。 c =－ 1 則表示 Z 端電流流入和 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 X 端電流流出，或者 X 端電流流入和 Z 端電流流出電流傳送器，得到 CCI。 CCI 的電路符號及理想的零子 任意子模型，見圖 中的 a)與 b)。 那么輸入端 Y 端與 X 端，輸入端是 Z，公共接地端在另一端，這個元件的主要用處是假設(shè) U 加在輸入端 Y，那么在另外一個輸出端 X 出現(xiàn)相同的 U。假設(shè)這個輸入電流 I 傳入輸入端 X 的話，那么有相同量的電流 I 經(jīng)過輸入端 Y，在此，傳輸?shù)捷敵龆?Z的則是電流 I。那么，這個 Z 端電流源特性具有電流值是 Ix 和較高的輸出阻值。通過 Y端電壓，可以決定進入 X 端的電流與該端的電壓毫無聯(lián)系，那么加在 Y 端上面的電壓于通過 X 端電流決定的通過 Y 端的電流毫無關(guān)系。所以，如此元件在兩種 X 和 Y 端口上分別擁有虛短路和虛開路的輸入特性。 () a) CCI 電路符號 b) CCI 的零子－任意模型 圖 CCI 電路符號及等效模型 在 1968 年，史密斯等人。晶體管和電阻器實現(xiàn)多個 CCI 電路。如圖 所示， a)為 CCI +， b)為 CCI－。當圖 )中的晶體管 Q Q2 的相位匹配， Q3， Q4， Q5 匹配和電阻 R1， R2， R3 和匹配的所有晶體管具有較高的電流增益?？梢宰C明，通過晶體管的流經(jīng) Q3， Q4， Q5 的電流是相等的。由于 Q1， Q2，并且兩基極相互連接，所以 Q1和 Q2 應(yīng)該是端的電流，這樣就迫使晶體管 Q1 和 Q2 的電流是相等的，電壓降為零，所湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 以在 X 端口與 Y 端 口電流和電壓跟蹤對方。通過對圖 )和 b)兩者相互參考下， CCI－可以是在圖示的原來的 CCI+上的電路，通過增加相應(yīng)的輸出端口 Q5 由 PNP 管 Q6和 Q7 組成的反向電流鏡得到。 可以由通過使用兩種互補 CC1+建立成 AB 類電流輸送機，它不是單極性的輸入和輸出電流，而是雙極性的輸入和輸出電流。不但可以使用交流信號。當 Ix與 Iy為零時，M4 和 M5 的電流相等流，輸出電流為零。 當前輸送機的早期應(yīng)用是一種替代示波器電流探頭且基于霍爾效應(yīng)的一種寬帶測量部件裝置。它可用于測量的輸入阻抗小于 1Ω，工作頻率范圍從直流到 100MHz 的電流，其結(jié)果是令人滿意的。 圖 CCI 內(nèi)部電路原理圖 第二代電流傳送器（ CCII） 為增加電流傳送器的通用性，第二代電流傳輸器 (CCII)于 1970 年由 Smith 和 Sedra 將其特性加以改，沒有電流流入 Y 輸入端口的第二代電流傳送器，通過使用證明它比第一代電流傳送器 (CCI)更加具有實用性。理想的第二代電流傳送器（ CCII）端口特性可用下列式 矩陣方程描述。 ( ) 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 當 C =1 時， Z 側(cè)和 X 終端電流流入或流出電流傳送器 CCII+。 C =1 表示流淌出來的 Z 側(cè)電流流入和當前的 X，或 X 終端 Z 側(cè)電流電流輸送電流流入和流出 CCII。 221。端具有無限大的輸入阻抗，是電壓輸入端， X 終端上始終遵循 Y 端上的電壓，從而 X輸入阻抗為零，在 X 側(cè)和 Y 側(cè)可以被視為虛短。 X 側(cè)的電流被放大，并傳送到 Z 端子，高阻抗輸出 電路符號和理想的零子 –任意子模型，分別見圖 和圖 。 圖 CCII 的電路符號 圖 CCII 的零子 任意子模型 顯然 ，發(fā)送端的電流可直接注入，也可能會產(chǎn)生由 X 側(cè)的端部的丫輸入電壓轉(zhuǎn)換，零偶極裝置的第二代電流傳輸器（ CCII+或 CCII－）端口。對于 CCII 流動到 X 客戶端綁定到 Z 流出側(cè)，因此，直到受控電流源，因此 CCII 的等效電路的單偶極零表示，如圖所示。 該電路的帶寬窄，負載能力不強，但簡單的電路結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，運算放大器 A1 使得 X 端和 Y 端的電壓等于運算放大器的使用，使對 Z－端輸出的 X 側(cè)的輸入電流等于當前虛擬過電流的特點。 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ ） 1981 年， Fakasawa 等人提出了一個運算放大器，晶體管 和電阻器 CCII +電路，Higashimura 和 Fukui 使用它作為一個有源器件，一個三階低通和三階高通濾波器，得到一個較好的幅頻特性。 CCII 實際上是由電壓跟隨器和電流跟隨器的組合，在 CCII+電流跟隨器的最直接的方法是使用一個簡單的電流反射鏡，需要增加兩個交叉耦合的電流，而在 CCII，其優(yōu)異的性能實現(xiàn)可控源阻抗變壓器的阻抗逆變器，旋轉(zhuǎn)以及各種廣泛的應(yīng)用模擬組件。第一個商業(yè)化的單片電流變送器是 CCII01 開發(fā) LTP 電子公司，ELANTEC 公司，生產(chǎn)。第二代電流傳輸器（ CCII）只有一個輸出端，這是 難以實現(xiàn)的高阻抗的輸出電流的電流反饋通過以下方式獲得。 1989 年，帕提出了一種改進的多輸出電流傳輸器（ MOCCII 實現(xiàn)）。 圖 第二代負向電流傳輸器 (CCII)的晶體管模型圖 從第二代電流傳輸器原理的分析可以得出，信息可以被看作是一個理想的 MOS 晶體管。 可以作為一個 MOS 晶體管是在圖 所示來說明。如果晶體管是理想的，它的VAS 值接近于零，在這種情況下，在電網(wǎng)電壓會導致電壓有一個平等的源代碼級的。網(wǎng)格可以被認為是開放的（與發(fā)射端 Y 相似），零輸入阻抗源水平（如發(fā)射機端）。注入電流源將被發(fā)送到漏 ，泄漏和阻抗水平是無限的（ Z 發(fā)射機）。這表明，一個理想的晶體管可以被視為逆電流傳輸器（ CCII）和 X Z 電流的電流方向是不一樣的）的等效性，也可以由零晶體管和一個極等效圖來表示，如圖 所示： 如圖 所示，為了獲得理想的晶體管，我們可以在運算放大器的負反饋環(huán)路中放一只 NMOS 管來模擬，結(jié)果就可以實現(xiàn)具有較好性能的 CCII電路。然而，在這種 CCII電路實現(xiàn)中，電流只可以從 X 端流出。如果在運算放大器的反饋環(huán)路中放一只 PMOS管，則可實現(xiàn)另一種 CCII電路，在這種電路中，電流只可以從 X 端流入。由此可以 得，湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 如果將一對互補的 MOS 管放置在運算放大器的反饋環(huán)路中，就可以實現(xiàn)在 X 端有雙相電流流動的 CCII 電路，如圖 27 所示。接著這個電流經(jīng)由互補對電流鏡傳輸?shù)捷敵鼋狱c。顯然這是一個正向 CCII （ CCII+, Z 端電流和 X 端電流方向一致 )。如果如圖 28 所示那樣再加兩個互補電流鏡，就可以得到 CCII電路。 圖 CCII的理想晶體管模型圖 圖 第二代正向電流傳輸器 (CCII 十 )的示意圖 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 CCII的示意圖 如圖 和 ，分別顯示， CCII+和 CCII， M1 和 M2 的晶體管和集成運算放大器組成的電壓跟隨器，實現(xiàn)了 X 終端的電壓跟隨器 Y 端子電壓。晶體管的電流鏡的休息，在 M3， M4 和 M5 ~ ~ M6， M7 ~ M8 和 M9 ~ M10 為柵電流鏡，極性互補的 ML，漏電流轉(zhuǎn)移到 M2 的 Z 的輸出，和電流差為單端輸出電流。 CMOS 實現(xiàn) MOCCII 已經(jīng)大量報道。在 1999 年， Chang 和 Lee 運用 NPN 和 PNP晶體管的跨導改進的電流傳輸。 MOCCII 獲得了廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的電壓或電流模式濾波器的設(shè)計和振蕩器的設(shè)計。 第三代電流傳送器（ CCIII） 1995 年法國學者法布爾第三代電流傳送器（ CCIII）。相比前兩代的電流輸送（ CCI，CCII），第三代指揮及控制通訊系統(tǒng)低增益誤差，線性不錯，寬闊的頻率響應(yīng)特性，高輸出阻抗特性的電路符號如圖所示。 CCIII 的 X 端和 Y 端電壓一樣，但是電流方向相反，同時輸出正反兩個方向的電流。 CCIII 電路符號如圖 中 a)所示，其可通過兩個雙輸出 CCII+元件按圖 中的 b)所示連接后實現(xiàn)，理想的 CCIII 輸入輸出特性矩陣為式 。 （ ） 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 a) CCIII 電路符號 b） CCIII 的 CCII 實現(xiàn)電路 圖 第三代電流傳送器 由式可以看出，與 CCI 和 CCII 不同的在于：端口 X 和端口 Y 的電流輸入端和電流 在相反的方向 , CCIII X 端口的電壓跟隨 Y 端口電壓， Z +端口和 Z端口電流跟隨 X 端口的電流。 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第三章 電流傳送器的實現(xiàn) CCl 的實現(xiàn) CCI 電路實現(xiàn)早期的分立元件，如圖 )所示。 如果 圖中所有的晶體管和電阻器和晶體管相互匹配的高電流增益，它可以顯示出，流過晶體管的電流，等于 Q3~ Q5。迫使電流等于晶體管 Q1 和 Q2，電壓降 BEV 相等 。因此，當前的 X 和 Y 的端口電壓 互相 跟蹤，只要晶體管的保證在整個工作范圍內(nèi)是線性的，絕對值電路的電阻值和電源電壓是獨立的。 圖 第一代電流傳輸器的管級實現(xiàn)圖 在 60 年代，沒有設(shè)備高質(zhì)量達到互補是阻礙制造 CCI 基于集成 形 式 的主要原因。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， CMOS 技術(shù)可以輔助設(shè)備，電流傳輸 器可以很容易地使 用CMOS 工藝，如圖 （ b）顯示。應(yīng)用 CCI 早期是為了取代基于霍爾效應(yīng)的示波器電流探頭，寬帶電流測量裝置；另一個是作為一個