【正文】 來講，在電流傳輸級(jí)或電流放大級(jí)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。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(jí)將電壓輸入信號(hào)變換為電流信號(hào)后，可直接利用后級(jí)晶體管的電流放大作用，將電流信號(hào)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(duì)實(shí)用運(yùn)算放大器產(chǎn)品，兩種類型都采用差動(dòng)輸入級(jí)和推挽式輸出電路，因此，都具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，這是結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)。1. 放大作用的比較跨導(dǎo)型放大器實(shí)現(xiàn)輸入電壓信號(hào)對(duì)輸出電流信號(hào)的控制，其增益的量綱是西門子，電壓型放大器實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的放大作用，其增益沒有量綱。跨導(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(jià)值和發(fā)展前景。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(shí)現(xiàn)相同的系統(tǒng)函數(shù)關(guān)系時(shí)，將在其他性能上表現(xiàn)出很大的不同。 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。 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。 對(duì)于一個(gè)具體給定的放大器電路，必然屬于上述四種基本放大器之一，且有一種最適合描述它的電路模型。 四種類型放大器的區(qū)別與聯(lián)系 在前述四種基本放大器的模型電路中，各有三個(gè)直流(或低頻)模型參數(shù)，即增益、輸出電阻和輸入電阻。理想跨阻器應(yīng)滿足條件R0=0，RI=0。因此，Rm0稱作開路跨阻增益，Rm稱作負(fù)載跨阻增益。 跨阻放大器的模型IiRi++RoVoRmoIi在圖24中，Rm0II是增益為Rm0的電流控制電壓源，R0是輸出電阻，RI是輸入電阻。 由于信號(hào)源內(nèi)阻RS對(duì)輸入電阻RI具有分流作用，實(shí)際輸入電流與源信號(hào)電流IS的關(guān)系為： (29)跨阻型放大器的輸入信號(hào)是電流，輸出信號(hào)是電壓，是一種電流控制電壓源。當(dāng)放大器由具有內(nèi)阻RS的電流源IS輸入電流信號(hào)，而在輸出端連接負(fù)載電阻RL時(shí)，其輸出電流增益表達(dá)式分別為： (27) (28) 當(dāng)RL=0時(shí)，AI=Ais。電流放大器的增益是輸出電流與輸入電流的比值，是一個(gè)沒有量綱的純數(shù)。在理想條件下，Gm恒等于Gms，電流增益和功率增益均為無窮大，電壓增益與RL值成正比例變化[4]。考慮到信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)輸入電壓信號(hào)的分壓作用，實(shí)際輸入電壓為： (26) 為了減小由于輸入電阻RI和輸出電阻Ro對(duì)增益造成的損失，在設(shè)計(jì)跨導(dǎo)放大器時(shí)，應(yīng)該滿足條件：R0RL，R1RS。當(dāng)在輸入端連接具有內(nèi)阻RS的電壓源VS，而在輸出端接連負(fù)載電阻RL時(shí)，跨導(dǎo)放大器輸出電流和跨導(dǎo)增益的表達(dá)式分別為 (24) (25) 當(dāng)RL=0時(shí)，Gm=Gms。由于決定增益的輸出電流和輸入電壓不是同一節(jié)點(diǎn)測量的，而是分別在輸出端和輸入端測量的，因此稱其增益為跨導(dǎo)，稱這種放大器為跨導(dǎo)型放大器。 跨導(dǎo)型放大器 跨導(dǎo)型放大器將電壓輸入信號(hào)放大，提供電流輸出信號(hào)，是一種電流控制的電流源。另一方面，放大器有限的輸入電阻也會(huì)使Rs在輸入端引起分壓作用，使得只是有電壓信號(hào)VS的一部分到達(dá)放大器的輸入端，即 (23) 為了使得耦合到放大器輸入端的電壓信號(hào)VI盡可能接近源電壓信號(hào)VS，必須使放大器的輸入電阻遠(yuǎn)大于信號(hào)源電阻。為了使AV盡可能接近AVO的數(shù)值，RO必須遠(yuǎn)小于RL。具體應(yīng)用中，電壓放大器的輸入端與具有內(nèi)阻RS的信號(hào)源VS相連，輸出端接有負(fù)載電陽RL，這時(shí)，輸出電壓只是受控電壓AVOVI的一部分，其表達(dá)式為： (21)電壓增益的表達(dá)式為： (22)當(dāng)RL＝∞時(shí)，AV＝AVO。電壓放大器在直流(或低頻)。 電壓放大器的模型+ViRiAvoVi+Ro+Vo電壓放大器將電壓輸入信號(hào)放大，提供電壓輸出信號(hào)，是一種電壓控制電壓源。 四種基本類型放大器的性能與模型下面介紹四種基本放大器的簡單模型，即直流(或低頻)模型，了解四種放大器之間的本質(zhì)區(qū)別和聯(lián)系，這有助于理解電壓模式電路和電流模式電路的基本特性。這四種放大器各有所長，各有所用，互相補(bǔ)充，共同發(fā)展，形成一個(gè)完整的電子放大器家族[1]。按照控制量、被控制量是電壓還是電流劃分，存在四種受控電源，即人們熟知的電壓控制電壓源(VCVS)、電壓控制電撓源(VCCS)、電流控制電流派(CCCS)和電流控制電壓源(CCVS)。最后，結(jié)合著這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)經(jīng)歷，對(duì)在設(shè)計(jì)過程中積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行了總結(jié)。第5章介紹了二階OTAC有源濾波器的設(shè)計(jì)原理和方法，并用Multisim 2001進(jìn)行了電路實(shí)例的設(shè)計(jì)與仿真。第3章中著重對(duì)跨導(dǎo)型放大器進(jìn)行原理概念的概述，然后對(duì)跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了簡要介紹。第1章中對(duì)跨導(dǎo)型放大器及與其有關(guān)的電流模式電路結(jié)合其發(fā)展情況進(jìn)行了簡要介紹。有關(guān)跨導(dǎo)型放大器的基本概念和模型將在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹，這里就不再贅述了?？梢灶A(yù)見，隨著研究工作的深入和技術(shù)發(fā)展，跨導(dǎo)型集成放大器會(huì)運(yùn)用的更加廣泛的，其優(yōu)點(diǎn)會(huì)得到很大的運(yùn)用。跨導(dǎo)型放大器（包括雙極型OTA和CMOS跨導(dǎo)器）的應(yīng)用非常廣泛，主要用途可以分為兩方面。根據(jù)這一理由，跨導(dǎo)型放大器被看作是一種電流模式電路。但是，由于跨導(dǎo)型放大器內(nèi)部只有電壓—電流變換級(jí)和電流傳輸級(jí)，沒有電壓增益級(jí)，因此沒有大擺幅電壓信號(hào)和密勒電容倍增效應(yīng)，高頻性能好，大信號(hào)下的轉(zhuǎn)換速率也高，同時(shí)電路結(jié)構(gòu)簡單，電源電壓和功耗都可以降低。有源跨導(dǎo)元件一般由單級(jí)電路構(gòu)成，采用單邊電路或?qū)ΨQ式電路結(jié)構(gòu)，不要求增益可調(diào)節(jié)性能[1]?？鐚?dǎo)型放大器包括跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器（Operational Transconductance Amplifier,簡稱OTA）和有源跨導(dǎo)元件（Transconductance Element, Transconductor,或稱跨導(dǎo)放大器）。研究結(jié)果顯示，在高頻、高速信號(hào)處理領(lǐng)域，電流模式的電路設(shè)計(jì)方法正在取代電壓模式的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，電流模式電路的發(fā)展和應(yīng)用將把現(xiàn)代模擬集成電路推進(jìn)到一個(gè)新階段。電流模式電路中的最大電流和最大動(dòng)態(tài)范圍受晶體管允許電流的限制，而不受電源電壓降低的限制[2]。同時(shí)，電源電壓的降低，對(duì)于設(shè)計(jì)高速度的電壓模式電路也會(huì)更加困難。3. 電源電壓低，功耗小為了提高集成電路的集成密度，減小功耗，降低電源電壓將是一種必然趨勢。因此，電流模式電路大信號(hào)下的工作速度比電壓模式電路快得多。2. 速度高，頻帶寬在電流模式電路中，影響速度和寬帶的晶體管極間電容工作在阻抗水平很低的節(jié)點(diǎn)上。要求理想電壓信號(hào)放大器應(yīng)具有無窮大輸入阻抗和零輸出阻抗，理想電流信號(hào)放大器應(yīng)具有零輸入阻抗和無窮大輸出阻抗?？偟膩碚f，電流信號(hào)源具有高阻抗，電壓信號(hào)源具有低阻抗；電流信號(hào)要求低阻抗的負(fù)載，電壓信號(hào)要求高阻抗的負(fù)載。電流模式設(shè)計(jì)方法是現(xiàn)代模擬集成電路設(shè)計(jì)的重大突破，電流模式電路已經(jīng)成為速度快、頻帶寬、線性好、電壓低的新興模擬集成電路的分支，并且具有廣闊的發(fā)展前景。電流模式電路因此逐漸發(fā)展起來。 近年來，模擬電路的電流模式設(shè)計(jì)方法得到了重視和發(fā)展，并把模擬集成電路推進(jìn)到一個(gè)新階段。同時(shí)，以電流為信號(hào)變量的電路在信號(hào)處理中的巨大潛在優(yōu)勢卻逐漸被認(rèn)識(shí)并被挖掘出來，促進(jìn)了一種新型電子電路——電流模式電路的發(fā)展。但是，隨著被處理信號(hào)的頻率越來越高，電壓型運(yùn)算放大器的固有缺點(diǎn)開始阻礙它在高頻、高速環(huán)境中的應(yīng)用。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論濾波器與跨導(dǎo)畢業(yè)論文緒論在電子電路中，尤其是在模擬電子電路中，人們長久以來習(xí)慣于采用電壓而不是電流作為信號(hào)變量，并通過處理電壓信號(hào)來決定電路的功能。從而促成了大量電壓信號(hào)處理電路或稱電壓模式電路的誕生和發(fā)展。例如，它的3分貝閉環(huán)寬帶與閉環(huán)增益的乘積是常數(shù)，當(dāng)寬帶向高頻區(qū)域擴(kuò)展時(shí)，增益就會(huì)成比例下降；還有，它在大信號(hào)下輸出電壓的最高轉(zhuǎn)換速率很低，~20 V/μs[1]。本章結(jié)合近年來電子電路技術(shù)的新的發(fā)展情況，對(duì)電流模式電路與跨導(dǎo)型放大器的基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展前景作一下大致介紹。當(dāng)把電路中的信號(hào)由電壓形式轉(zhuǎn)變成電流形式，通過處理電流信號(hào)來實(shí)現(xiàn)電路功能時(shí)，就可以設(shè)計(jì)出一些精巧新穎的電路結(jié)構(gòu)，在改善高頻、高速信號(hào)處理能力和降低電源電壓等方面取得奇跡般的好處，解決電壓模式模擬電路和系統(tǒng)中的一些難以解決的問題。那么什么是電流模式電路呢？一般地，我們將電流模式電路定義為：當(dāng)選用電流而不是電壓作為電路的信號(hào)變量，并通過處理電流變量來決定電路的功能時(shí)，就是電流模式電路。與電壓模式電路相比，電流模式電路主要有以下性能特點(diǎn)：1. 阻抗水平有限電壓信號(hào)與電流信號(hào)的實(shí)際區(qū)別表現(xiàn)在其阻抗水平的高低，實(shí)現(xiàn)電壓模式信號(hào)處理還是電流模式信號(hào)處理，關(guān)鍵要看對(duì)電路的阻抗水平的選擇。因此，在實(shí)踐中，把內(nèi)阻很小的電信號(hào)源作為電壓源，把內(nèi)阻很大的電信號(hào)源作為電流源。要求電壓模式電路的關(guān)鍵節(jié)電具有高阻抗、在大擺幅電壓信號(hào)下只有小擺幅電流，電流模式電路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具有低阻抗、在大擺幅電流信號(hào)下只有小擺幅電壓。 一方面，這些低阻抗節(jié)點(diǎn)上的電壓擺幅很小，另一方面，這些節(jié)點(diǎn)上的阻容時(shí)間常數(shù)很小，在大擺幅電流信號(hào)作用下，晶體管極間電容的充、放電過程可以很快地完成。同時(shí)，由這些電容和節(jié)點(diǎn)低電阻決定的極點(diǎn)頻率很高，工作效率就可以接近晶體管的ft 。對(duì)于電壓模式電路，降低電源電壓將直接降低其信號(hào)電壓的最大動(dòng)態(tài)范圍。電流模式電路則不然，~，保持電流信號(hào)在nA~mA(甚至10pA~mA)數(shù)量級(jí)內(nèi)變化。電流模式電路可以解決電壓模式電路所遇到的一些難題，在速度、寬帶、動(dòng)態(tài)范圍等方面獲得更加優(yōu)良的性能。 跨導(dǎo)型放大器跨導(dǎo)型放大器是一種電壓輸入、電流輸出的電子放大器，它的增益是輸出電流與輸入電壓的比值，量綱為電導(dǎo)，單位為西門子(S)。兩者的主要區(qū)別是：跨導(dǎo)運(yùn)算放大器由多級(jí)電路組成，均采用雙邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且大多數(shù)具有增益可調(diào)節(jié)性能。由于跨導(dǎo)型放大器的輸入信號(hào)是電壓，輸出信號(hào)是電流，所以它既不是完全的電壓模式電路也不是完全的電流模式電路，而是一種電壓/電流模式混合電路。這些高性能特點(diǎn)表明，在跨導(dǎo)型放大器的電路中，電流模式部分起決定作用。近幾年來，由于電流模式信號(hào)處理方法和技術(shù)的發(fā)展，跨導(dǎo)型放大器注入了強(qiáng)大的活力，不僅為有源器件電路綜合技術(shù)開拓了新的天地，也使集成放大器獲得了新的生長點(diǎn)。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(hào)運(yùn)算和處理；另一方面，在電壓信號(hào)變量和電流模式信號(hào)處理系統(tǒng)之間作為接口電路，將待處理的電壓信號(hào)變成電流信號(hào)，再送入電流模式系統(tǒng)進(jìn)行處理。而此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器作為題目，目的就在于通過對(duì)OTA這一新型器件在電路設(shè)計(jì)與仿真中的具體學(xué)習(xí)和應(yīng)用，綜合所學(xué)理論知識(shí)，提高運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行電子電路分析和仿真的能力，培養(yǎng)學(xué)習(xí)和掌握新知識(shí)的能力，強(qiáng)化實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 本文主要工作本篇論文主要研究跨導(dǎo)型放大器(OTA)，并對(duì)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2章介紹四種基本類型放大器的性能與模型，并主要對(duì)電壓性和跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器的性能進(jìn)行了比較。第4章介紹了Multisim 2001和OTAC濾波器的基本知識(shí)，并對(duì)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。第6章把二階OTAC濾波器和傳統(tǒng)型的RC二階有源濾波器進(jìn)行了性能參數(shù)比較，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。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。與之相對(duì)應(yīng)，電子放大器也應(yīng)該有四種類型，即電壓型、跨導(dǎo)型、電流型和跨阻型。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。為簡化問題，可采用單邊電路結(jié)構(gòu)的模型，其結(jié)論適用于對(duì)稱差動(dòng)電路結(jié)構(gòu)的模型。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)。，一個(gè)衡量從信號(hào)源吸取電流大小的輸入電限RI，一個(gè)衡量向負(fù)載提供輸出電流時(shí)輸出電壓穩(wěn)定程度的輸出電阻RO。所以，AVO稱為開路電壓增益，AV則稱為負(fù)載電壓增益。換句話說，對(duì)于給定的負(fù)載電阻RL，在設(shè)計(jì)電壓放大器時(shí)，必須使其輸出電阻遠(yuǎn)小于RL 。 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?？鐚?dǎo)放大器的增益是輸出電流與輸入電壓的比值，具有電導(dǎo)的量綱西門子（S）。： 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。因此，Gms稱