【正文】 在論文的研究過程中，還得到同組同學(xué)的幫助，在此我向他們表示衷心的感謝。除了學(xué)術(shù)的解答和專業(yè)知識(shí)的補(bǔ)充傳授，孫老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神和嚴(yán)謹(jǐn)，創(chuàng)新的治學(xué)態(tài)度，以及對(duì)真知追求不屈不撓的執(zhí)著精神使我受益匪淺。通過這半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，很大程度上提高了自己動(dòng)手實(shí)踐和電路分析和設(shè)計(jì)的能力，在老師的幫助下，增長(zhǎng)了知識(shí)和分析問題的能力。而OTA型的電壓放大器它的頻帶很寬，可達(dá)到2MHZ以上，但它的放大增益相對(duì)與電壓型比較小，但它的增益與帶寬獨(dú)立，而且增益可是實(shí)現(xiàn)連續(xù)可控。通過對(duì)跨導(dǎo)型電壓放大器和電壓型的電壓放大器的仿真分析得出以下結(jié)論：電壓型的電壓放大器的頻帶很窄，而且增益和帶寬的乘積是個(gè)常量，所以，要滿足帶寬就達(dá)不到放大的要求。4． 第四章是對(duì)寬帶電壓放大器的設(shè)計(jì)，其中包括基于跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的電壓放大器設(shè)計(jì)。2． 第二章對(duì)兩種OTA電路的分析，包括雙極型OTA的結(jié)構(gòu)原理和單元電路的分析，以及下面設(shè)計(jì)電路所用到的芯片LM13600的簡(jiǎn)介，還有更適合于集成的CMOS類型的跨導(dǎo)性能分析與一些改善措施。在老師的悉心指導(dǎo)和自身的努力下，對(duì)跨導(dǎo)運(yùn)算放大器有了一定的了解，并根據(jù)這些知識(shí)提出了一些新的電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行了仿真，證明這些電路是可行的。4．7小結(jié)本章主要介紹了由跨導(dǎo)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的電壓放大器分析設(shè)計(jì)和仿真，包括基本OTA的電壓放大器，全OTA電壓放大器，帶緩沖輸出級(jí)的，還有擴(kuò)大輸入電壓范圍的電壓放大器，壓控電壓放大器和自動(dòng)增益控制電壓放大器設(shè)計(jì)和仿真。（c）自動(dòng)增益控制放大器的幅頻相位特性曲線基于跨導(dǎo)型的寬帶電壓放大器還有很多的結(jié)構(gòu)，這里不再具體一一的分析了，寬帶電壓放大器在實(shí)際電路中有很多的應(yīng)用，例如，立體聲音量控制，它的結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是兩個(gè)壓控電壓放大器對(duì)稱結(jié)構(gòu)。(b)是輸入信號(hào)大于15V的失真輸出波形，叢中可以看出輸入電流范圍要比壓控電壓放大器小，因此輸出電流的范圍比壓控電壓放大器的小。對(duì)此電路同樣進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。，在這種情況下，跨導(dǎo)增益值只受的影響，而R2，C1組成補(bǔ)償電路，但叢中引入了一個(gè)高頻極點(diǎn)，這個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)使得低通性能降低，這個(gè)截止頻率ω=1/2πR2C=1/2π*50*20μf=159HZ。從而使得輸出電壓增益下降，自動(dòng)保持在一定的水平上。其工作原理：，當(dāng)輸出電壓升高到一定的幅度，略超過3時(shí)，達(dá)林頓晶體管和線性化二極管開啟，從而改變R2，C1的電流變化，而R2又接到線性二極管的偏置電流端，引起的變化。這個(gè)放大器的增益值既可以通過改變IB的大小而加以控制，還可以借助變化的線性二極管的偏置電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。4．6自動(dòng)增益控制電壓放大器跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器由于它的跨導(dǎo)增益是通過一個(gè)偏置電路電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)偏置電流，從而控制輸出電流的大小。從增益與電壓的關(guān)系中，可以設(shè)想通過一個(gè)DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換，做到程序控制電壓放大器。通過具體的參數(shù)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)式子正確性，取， ,說(shuō)明等式是成立的。2 失真分析采用與帶寬分析相同的方法，進(jìn)行各種參數(shù)的改變測(cè)得失調(diào)電壓變化，當(dāng)直流輸入電壓為零時(shí)，輸出失調(diào)電壓幾乎為零，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，輸出失調(diào)電壓就增加，輸出失調(diào)電壓在零點(diǎn)幾范圍內(nèi)變化，變化很小，但當(dāng)輸入交流電壓時(shí)，當(dāng)輸入電流大于線性二極管的偏置電流二分之一時(shí)，就會(huì)輸出失真，所以盡可能取得大一點(diǎn)，但不能取得太大，因?yàn)樵龃螅\(yùn)算放大器的增益就要減小，所以起到調(diào)節(jié)線性范圍的作用，而又由電源電壓和電阻、以及在負(fù)相端的比例決定，所以電源電壓和電阻、以及在負(fù)相端的比例的變化，就會(huì)改變失真情況。偏置電流對(duì)帶寬特性的影響的分析從電路結(jié)構(gòu)的看，[3]，可以改變和來(lái)改變，改變通過改變來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，與帶寬和增益的關(guān)系可通過下表1來(lái)表現(xiàn)。改變?cè)谡?fù)輸入端的比例，： 幅頻曲線，兩者的帶寬相等，減小在負(fù)向端的比例，而輸出的增益就增大。當(dāng)電源電壓恒定，改變輸入電流的大小，即改變輸入電壓，觀測(cè)幅頻特性曲線。在電源電壓改變時(shí)，輸出電流大小仍然不變條件下，阻值不變的情況下，觀測(cè)其幅頻特性曲線。在電源電壓15V，時(shí)，： 幅頻曲線增大的時(shí)候，取，： 幅頻曲線減小的時(shí)候，取， 幅頻曲線~,帶寬沒有變化，但增益隨著隨著增大而增大?？梢赃M(jìn)行仿真來(lái)分析變化與輸出波形的帶寬特性。6V的交流電壓，電源電壓,計(jì)算輸入電壓，Vc=12V，時(shí)，,可求得=,與測(cè)得的=,幾乎相等。壓控電壓放大器電路中，的變化跟它接的芯片上的電源電壓和電阻、以及在負(fù)向端的比例有關(guān)，改變來(lái)觀測(cè)電壓放大器的幅頻特性。它的極限是信號(hào)電流不超過/2，二極管必須是偏置電流型的，實(shí)際上，代替電流源的電阻會(huì)產(chǎn)生可忽略的誤差[9]。，因?yàn)榭梢苑奖愕募僭O(shè)二極管是偏置電流源，輸入信號(hào)是電流的形式。Q1和Q2，二極管D1形成鏡像電流，使得跟的電流和等于, += （）放大器偏置電流用于調(diào)節(jié)增益的引腳，小差分電壓與和的接近比例可用泰勒級(jí)數(shù)大致表示為：≈（）/ ≈≈/2 （） [q*/2]= （）單獨(dú)的和沒有意義，它們必須相減，剩下的三極管和二極管形成鏡像電流源，產(chǎn)生一個(gè)輸出電流等于減去，因此，=[q/2]= （）在這個(gè)條件下，放大器的跨導(dǎo)跟成比率。所以增益不能取得太大。通過改變電阻R1，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的幅度的優(yōu)化，使得輸出的失真在要求水平以下。為減小輸入線性化二極管引入的噪聲電壓，需要降低其動(dòng)態(tài)電阻，可用增大二極管偏置電流方法實(shí)現(xiàn)，的值盡可能的大，這使二極管的動(dòng)態(tài)結(jié)點(diǎn)電阻最小，使得當(dāng)與R1相抗衡時(shí)線性傳輸區(qū)域達(dá)到最大，通常選用1mA。調(diào)節(jié)電位器R1（1K）可使輸出失調(diào)電壓降至最小。4．5．2 電路的分析，輸入信號(hào)電壓源經(jīng)串聯(lián)電阻R2變換為電流源，與線性二極管的相疊加后，經(jīng)過線性化二極管PN結(jié)電流電壓變換作用，產(chǎn)生電壓信號(hào)。而跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的輸出阻抗高，一般加一級(jí)緩沖級(jí)。4．5壓控電壓放大器的設(shè)計(jì)4．5．1 方案的提出從上面幾個(gè)的OTA的電壓放大器的特性的分析中，可以看出OTA的電壓放大器的帶寬比較寬，而且增益跟帶寬相互獨(dú)立，這樣就可以做到對(duì)高頻信號(hào)的足夠的放大。這種電路的優(yōu)點(diǎn)就是它能降低輸出阻抗，對(duì)于下一級(jí)的輸入有益，而且?guī)掃€可以做的很寬。電壓放大器的頻率寬度均為BW值，而與電壓增益值無(wú)關(guān)，對(duì)OPAMPR結(jié)構(gòu)的基本反相放大器，其帶寬只是BW/，這里的是閉環(huán)電壓增益值。 帶緩沖級(jí)的反相放大器圖中（a）、（b）兩個(gè)電路增益和輸出電阻分別為:，Ro≈0， ()，它比電壓放大器的OPAMPR傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較寬的頻帶，其原因可解釋如下：設(shè)OTA為理想器件，OPAMP具有單極點(diǎn)頻響特性，其增益帶寬積為BW。4．4帶緩沖輸出級(jí)的電壓放大器（a）、（b）是帶輸出緩沖級(jí)反相放大器的兩種結(jié)構(gòu)。比基本的OTA要大,說(shuō)明擴(kuò)大輸入范圍就會(huì)加大失真電壓，外加電阻加大失真。采用相同的仿真分析方法，對(duì)此電壓放大器的帶寬，輸入電壓的范圍和失真進(jìn)行分析。可得到相應(yīng)的同相電壓放大器。兩個(gè)輸入端對(duì)“地”的電阻應(yīng)盡可能保持平衡，適當(dāng)選取分壓系數(shù)θ，可使VI工作在OTA的線性輸入范圍之內(nèi)。4．3帶擴(kuò)大輸入電壓范圍及調(diào)零措施的電壓放大器增益可調(diào)的OTA 電壓放大器中的OTA工作于開環(huán)狀態(tài)，由于OTA 器件傳輸特性范圍很小，導(dǎo)致電壓放大器的線性放大范圍很小，從上面的仿真中已經(jīng)可以看出，為了擴(kuò)大OTA電壓放大器在維持線性放大條件下的輸入信號(hào)允許范圍，通常采用在輸入端加接電阻分壓器的方法。否者就會(huì)失真，輸入電壓的最大值在50mV以下，那么全OTA電壓放大器就不能滿足大信號(hào)的放大，而且，輸入電壓越大，輸出的失真就越嚴(yán)重，從圖變化趨勢(shì)可以看出，最后輸出的波形也將會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)方波形式。其次觀察輸出波形隨輸入電壓的變化趨勢(shì)，來(lái)看輸入電壓范圍。： 全OTA的電路圖首先通過與上述相同仿真分析，來(lái)比較基本的OTA電壓放大器與全OTA電壓放大器的特性。對(duì)反相放大器，電壓增益和輸出電阻分別為:Av= () ()對(duì)同相放大器，Av的符號(hào)與反向放大器相反而數(shù)值相同，Ro則與之相 全OTA 跨導(dǎo)運(yùn)算放大器同。所以可以得出如下的結(jié)論，跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的帶寬和增益沒有相關(guān)的關(guān)系。其次觀察基本OTA的幅頻特性，： 幅頻特性曲線從幅頻特性特性曲線中，可以看出基本的跨導(dǎo)型電壓放大器的帶寬很寬，所以跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器具有很寬的帶寬，還可見它的增益在44dB左右，可見它的增益值還是很大，那么它對(duì)高頻信號(hào)的放大能力很強(qiáng)?，F(xiàn)在通過仿真的輸出波形曲線和幅頻特性曲線，來(lái)看輸入電壓的范圍和失真的分析，以及帶寬和增益的分析。也可將圖中的電阻R用OTA模擬接地電阻代替，（a），（b）所示。 考慮Co的反相放大器的等效電路反相放大器的3dB帶寬為： ()（3）的影響，對(duì)雙極型OTA，取最大輸出電壓=，而且有圖 幅頻特性曲線=,則可寫出由決定的輸出電壓范圍表達(dá)式為： ()由于 ， ()可寫作 ()則輸出電壓范圍, 輸入電壓范圍是，在滿足=條件下，OTA基本電壓放大器的輸出電壓允許范圍與值成正比，這是因?yàn)?