【正文】 作短路跨導增益，Gm則稱作負載跨導增益。 理想跨導放大器的條件是Ro=∞，RI=∞。電流型放大器的輸入信號是電流，輸出信號也是電流，是一種電流控制電流源。 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。因此，Ais稱為短路電流增益，AI稱作負載電流增益?？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。 當放大器的輸入端連接具有電阻RS的電流源IS，輸出端連接RL時，輸出電壓和跨阻增益的表達式分別是 (210) (211)當RL=∞時，Rm= Rm0。實際輸入電流與源信號電流的關(guān)系為： (212)設計跨阻放大器時，應設法滿足R0RL，RIRS。理想條件下，Rm恒等于Rm0，電壓增益和功率均為無窮大，電流增益則與RL值成反比例變化。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。但是，這并不意味著不能用其他模型去描述它，因為上述四種模型電路的參數(shù)之間可以相互轉(zhuǎn)換。 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。 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，當設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準部件來完成設計，實現(xiàn)所要求的輸出——輸入函數(shù)關(guān)系。 電壓型和跨導型集成運算放大器的比較電壓型集成運算放大器即人們熟知的常規(guī)運算放大器，它的產(chǎn)品型號最多，應用最廣泛。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，從而對跨導型集成運算放大器建立一些基本概念。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放大能力要比電壓型的放大能力弱。3. 通頻帶比較 跨導型的放大器通頻帶比電壓型寬很多，這是它突出的優(yōu)點。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)設置一高阻抗點，由此引起晶體管極間電容Cμ上大幅度電壓擺動，形成嚴重的時間延遲，這就是所謂的密勒電容效應，使得電壓型的高頻應用范圍遠低于晶體管本身的截止頻率?？鐚头糯竽芰^弱，在使用中大多數(shù)工作在開環(huán)或非深度負反饋狀態(tài)，其開環(huán)跨導增益值的變化可以調(diào)節(jié)電路的性能參數(shù)。結(jié)果跨導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，這一特點將為跨導應用增加多樣性和靈活性[2]。山東科技大學學士學位論文 跨導運算放大器概述2 跨導運算放大器概述本章介紹跨導運算放大器（OTA）的基本概念和理想模型，然后介紹了幾種常用跨導集成運算放大器產(chǎn)品，為后面的電路原理設計和實例仿真做好必要的準備工作。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的特點OTA由于采用外偏置方式，為運算放大器性能控制和應用帶來靈活性。（2）增益控制：因為改變偏置電流可以跨導Gm，從而實現(xiàn)增益的線性控制。（4）整個運算放大器只有一級放大，因而閉環(huán)穩(wěn)定性好，一般不需要相應補償，而且頻帶較寬。 OTA理想模型 OTA的簡單模型根據(jù)式31的傳輸特性方程式。同時，理想跨導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。 幾種跨導集成運算放大器產(chǎn)品跨導型集成運放的種類是比較多的，跨導型集成運算放大器的主要性能特點是輸出電阻高，輸出量是不隨負載電阻變化的電流，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，容易設計、制造，放大能力較弱，主要用于開環(huán)或非深度負反饋狀態(tài)。 雙極型集成雙跨導運算放大器有很多，如國內(nèi)的F13600型，國外的LM13600型，還有其他的雙極型的跨導如CA3080，CA3060等，雙極型寬帶的OTA電路，如OPA660。其主要缺點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)線性補償?shù)腛TA的差模輸入電壓允許值約為10毫伏。2V~177。CA3080系列產(chǎn)品有CA3080和CA3080A，它們的內(nèi)部電路和性能參數(shù)均對應相同，但允許工作溫度范圍有所不同。 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跨導運放輸出電流Io及跨導增益Gm表達式分別為： （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立控制；放大器跨導增益有大于4 個數(shù)量級的可調(diào)范圍；偏置電流對跨導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償二極管，用以降低非線性失真，擴大傳輸特性的線性范圍；在放大器輸出端設置了能自動調(diào)節(jié)輸入阻抗的達林頓緩沖輸出級，使該放大器能獨立提供高阻電流輸出端和低阻電壓輸出端，增加其應用靈活性。與雙極型OTA相比，CMOS跨導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)中的應用，它不是通用集成部件，沒有市售產(chǎn)品。這時，跨導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。CMOS跨導器的電路結(jié)構(gòu)與雙極型OTA相似，一般也有跨導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輸入級的基本電路。因此，在設計CMOS跨導器的電路時，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大線性范圍。由于計算機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行了介紹。 Multisim簡介Multisim 2001仿真軟件是本次畢業(yè)設計中電子電路計算機仿真與分析的基礎，本節(jié)就Multisim 2001的相關(guān)內(nèi)容作了簡單的介紹。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，實現(xiàn)“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。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)絡分析儀。Multisim 2001可以設計、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、及部分微機接口電路等。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(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。Multisim 2001易學易用，便于進行綜合性的設計和實驗，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力。 OTAC濾波器概述 濾波器是一種應用非常廣泛的信號處理子系統(tǒng)，它的功能是讓指定頻段的信號通過，而抑制其余頻段的信號。這是因為跨導——電容濾波器具有容易設計、電路簡單、便于集成、參數(shù)可調(diào)等突出優(yōu)點。還需要指出OTAC濾波器既可以設計成電壓模式的，使用電壓傳輸函數(shù)，也可以設計成電流模式的，使用電流傳輸函數(shù)。 OTAC濾波器的性能特點基于跨導放大器作有源器件的0TAC濾波器具有以下幾個性能特點：①工作頻率高。例如，用于視頻信號處理和計算機磁盤驅(qū)動的集成濾波器，一般工作在幾MHZ——幾十MHZ頻率范圍?？鐚Х糯笃魇请娏髂Ｊ诫娐罚鼈兊墓ぷ黝l率可以伸展到高于50MHz(CMOS型)，甚至高于500MHz (雙極型)，因而使設計高頻連續(xù)時間濾波器成為可能。幾乎所有有源濾波器的電路拓撲結(jié)構(gòu)基本上都是由積分器、加法器、比例放大器這幾種標準組件適當組合構(gòu)成的，而這幾種標準組件都可以由跨導放大器和電容以非常簡潔的方式組成。③參數(shù)可以電調(diào)節(jié)。在Gm和C這兩個參數(shù)中，跨導放大器的增益Gm 可由片外電信號(電流或電壓)加以調(diào)節(jié)，因此很容易實現(xiàn)電可控濾波器，或叫做可編程濾波器。連續(xù)時間模擬濾波器的主要缺點是，當存在制造容差和環(huán)境條件變化時，對濾波器性能參數(shù)的精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，需要設置片內(nèi)自校正(自調(diào)諧)環(huán)節(jié)，使濾波器參數(shù)自動調(diào)整到設計標準值，從而保持其設計值的實現(xiàn)精度。關(guān)于OTAC濾波器設計方法的文獻有很多，歸納起來及狀態(tài)變量濾波器，有下列三種設計方法。② 利用信號流圖方法，設計雙二階OTAC濾波器。OTAC濾波器的主要缺點是：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，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)動外部負載。但是，本文中并未涉及高階濾波器的相關(guān)內(nèi)容。本節(jié)介紹了幾種典型一階濾波器的應用原理，并用CA3080和LM13600進行了電路實例的設計仿真。這是一個直流增益固定、截止頻率可調(diào)的電路。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進行電路設計，并對其作分析仿真，觀察其性能參數(shù)。由式（46）可以算出此一階低通濾波器的截止頻率： CA3080構(gòu)成的一階低通濾波器電路 CA3080構(gòu)成的一階低通濾波器幅頻特性曲線 3. LM13600構(gòu)成的一階低通壓控濾波器OTA的電流輸出及增益可控特性極為適宜設計壓控有源濾波器電路，而LM13600型號的OTA具有達林頓輸出緩沖級，使其組成壓控濾波器尤為方便。 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進行調(diào)節(jié)。 CA3080構(gòu)成的一階高通濾波器電路圖用式（413）計算上述一階高通濾波器電路的截止頻率為：在Multisim 2001中對該電路圖進行仿真。 LM13600構(gòu)成的一階高通壓控濾波器電路圖其截止頻率的計算公式為： （414）可以計算出此電路的截止頻率為：在Multisim 2001中對該電路圖進行仿真。二階OTAC濾波器有很多類型，其中雙二階型OTAC濾波器比較常見，其設計方法比較成熟，并且通用性較強，是構(gòu)成可編程濾波器的較好電路。輸入信號有三個接人點，分別用VA、VB、VC表示；輸出信號有兩個負反饋環(huán)路。，可以寫出一下方程式： （51） （52） （53）當輸入電壓Vi分別作用于一個或幾個輸入端時，傳輸函數(shù)將分別具有不同類型的濾波特性。用CA3080構(gòu)成的雙OTA雙二階濾波器電路圖如下圖所示： 雙OTA雙二階濾波器電路圖在Multisim 2001中對這個雙OTA雙二階濾波器電路進行仿真，波特圖儀的得到的各種幅頻特性曲線如下所示： 雙OTA雙二階濾波器低通幅頻特性曲線 雙OTA雙二階濾波器帶通幅頻特性曲線 雙OTA雙二階濾波器高通幅頻特性曲線 三OTA雙二階濾波器。輸入信號有三個接入點，分別用VA、VB、VC表示；輸出信號有兩個負反饋環(huán)路。此三OTA雙二階濾波器的極點頻率和極點Q值分別為： （513） （514）若保持Gm1=Gm2=Gm時，ωp、Qp分別為： （515） （516）由以上分析結(jié)果可知，此三OTA雙二階濾波器電路具有以下特點: 極點頻率ωp與Gm(Gm1=Gm2=Gm)值成線性關(guān)系，因此，改變Gm可對ωp作線性調(diào)節(jié)；當Gm值選定或調(diào)節(jié)完畢之后，改變G