模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版） 課件 【ch09】電流模式電路基礎(chǔ)

第九章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)電流模式電路基礎(chǔ)“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材01電流模式電路的一般概念電流模式電路的一般概念1.引言在電子電路中，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變量，并通過處理電壓信號來決定電路的功能。依此促成了大量電壓信號處理電路或稱電壓模式(簡稱電壓模)電路的誕生和發(fā)展。自從1965年第一片商用電壓模式集成運(yùn)算放大器問世以來，更加確定了以電壓模運(yùn)算放大器為標(biāo)準(zhǔn)部件的模擬集成電路在模擬信號處理中的主宰地位。電流模式電路的一般概念2.什么是電流模電路電路中的電壓信號和電流信號總是彼此關(guān)聯(lián)、相互作用的，任何處理電流信號的電路必然會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部電壓信號的擺幅。但是，作為電流模電路，電路的功能取決于電流信號的處理結(jié)果，而那些內(nèi)部電壓信號擺幅應(yīng)盡量減小，因?yàn)樗鼈儗﹄娐返墓δ懿黄饹Q定性作用。相反，當(dāng)選用電壓而不是電流作為電路中的信號變量，并通過處理電壓信號決定電路的功能時(shí)，稱為電壓模電路。電流模式電路的一般概念3.電流模電路的特點(diǎn)(1)阻抗水平有別；(2)速度高，頻帶寬；(3)電源電壓低，功耗??；(4)非線性失真??；(5)采用跨導(dǎo)線性原理簡化電路運(yùn)算；(6)動(dòng)態(tài)范圍大；02跨導(dǎo)線性的基本概念跨導(dǎo)線性的基本概念跨導(dǎo)線性環(huán)路1.跨導(dǎo)線性環(huán)路(TranslinearLoop,TL)由正偏的發(fā)射結(jié)或二極管PN結(jié)組成的閉合環(huán)路，當(dāng)其中順時(shí)針方向的正偏結(jié)數(shù)等于反時(shí)針方向的正偏結(jié)數(shù)時(shí)，這種環(huán)路稱為跨導(dǎo)線性環(huán)路，如圖9-1所示。跨導(dǎo)線性的基本概念跨導(dǎo)線性環(huán)路跨導(dǎo)線性的基本概念跨導(dǎo)線性環(huán)路2.跨導(dǎo)線性原理利用圖9-1(a)可推導(dǎo)出跨導(dǎo)線性環(huán)路中各晶體管電流間的約束關(guān)系，因?yàn)榭鐚?dǎo)線性環(huán)路中的各BJT管必須處在正偏放大區(qū)，所以環(huán)路中第j個(gè)晶體管集電極電流的傳輸方程可表示為電流模式電路的一般概念由TL構(gòu)成的電流模電路1.甲乙類互補(bǔ)推挽輸出極電路電流模式電路的一般概念由TL構(gòu)成的電流模電路2.TL電流增益單元及多級電流放大器(1)Gilbert電流增益單元電流模式電路的一般概念由TL構(gòu)成的電流模電路(2)多級電流增益電流模式電路的一般概念由TL構(gòu)成的電流模電路3.TL模擬乘法器單元(1)一象限乘除法器(2)兩象限乘除法器電流模式電路的一般概念由TL構(gòu)成的電流模電路(3)四象限TL乘法器03電流傳輸器電流傳輸器電流傳輸器端口特性1.第一代電流傳輸器(CCI)Smith和Sedra在1968年提出的第一代電流傳輸器是接地的三端口網(wǎng)絡(luò)，即四端器件，其電路符號如圖9-12所示。電流傳輸器電流傳輸器端口特性電流傳輸器電流傳輸器端口特性2.第二代電流傳輸器(CCⅡ)為增加電流傳輸器的通用性，Smith和Sedra在1970年對CCI的特性加以改進(jìn)，提出了沒有電流流入Y端口的第二代電流傳輸器，其電路符號如圖9-14所示。電流傳輸器電流傳輸器端口特性電流傳輸器電流傳輸器端口特性3.改進(jìn)的第二代電流傳輸器(1)雙輸出端CCⅡ(DOCCⅡ)；(2)差動(dòng)電壓輸入CCⅡ(DVCCⅡ)。電流傳輸器電流傳輸器基本應(yīng)用此外，由于電流傳輸器(CCⅡ)具有高阻抗(電壓)輸入端口和低阻抗(電流)輸入端口，所以用電流傳輸器既可以方便地構(gòu)成電壓模應(yīng)用電路，也可以方便地構(gòu)成電流模應(yīng)用電路。電流傳輸器電流傳輸器基本應(yīng)用1.有源網(wǎng)絡(luò)元件的模擬(1)四種受控源的模擬；電流傳輸器電流傳輸器基本應(yīng)用(2)負(fù)阻抗變換器由CCⅡ構(gòu)成的負(fù)阻抗變換器如圖9-19所示。其中圖(a)是接地式，圖(b)是浮地式。電流傳輸器電流傳輸器基本應(yīng)用2.模擬信號運(yùn)算電路(1)電流放大器；(2)電流微分器；(3)電流積分器；(4)電流加法器；(5)電壓放大器；(6)電壓積分器；(7)電壓加法器；04跨導(dǎo)運(yùn)算放大器跨導(dǎo)運(yùn)算放大器概述跨導(dǎo)放大器的輸入信號是電壓，輸出信號是電流，增益叫跨導(dǎo)，用G.表示。集成跨導(dǎo)放大器可分為兩種，一種是跨導(dǎo)運(yùn)算放大器(OperationalTransconductanceAmplifier,OTA);另一種是跨導(dǎo)器(Transconductor)?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器OTA的基本概念OTA是一種雙極型集成工藝制作的通用標(biāo)準(zhǔn)部件，其電路符號如圖9-28所示，它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端，一個(gè)控制端?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器OTA的基本概念以上通過對OTA基本概念的介紹可看出，與常規(guī)的電壓型(電壓輸出/電壓輸入)運(yùn)算放大器比較，OTA具有下列性能特點(diǎn)；①輸入電壓控制輸出電流，開環(huán)增益是以S為單位的跨導(dǎo)；②增加了一個(gè)控制端，改變控制電流(即偏置電流In)可對開環(huán)增益Gm進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)；③它還具有電流模電路的特點(diǎn)，如頻帶寬，高頻性能好等?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器雙極型集成OTA1.雙極型OTA結(jié)構(gòu)框圖跨導(dǎo)運(yùn)算放大器雙極型集成OTA2.基本型OTA電路(1)電路組成;(2)傳輸特性分析;跨導(dǎo)運(yùn)算放大器OTA電路的應(yīng)用原理1.增益可控電壓放大器跨導(dǎo)運(yùn)算放大器OTA電路的應(yīng)用原理2.模擬電阻在集成電路中，常用有源器件實(shí)現(xiàn)的模擬電阻代替無源電阻，既可以節(jié)省芯片面積，又可以改善電路性能。用OTA可以方便地設(shè)計(jì)一端接地或兩端都浮地的模擬電阻，其優(yōu)點(diǎn)是模擬電阻的值連續(xù)可調(diào)，高頻性能好?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器OTA電路的應(yīng)用原理3.回轉(zhuǎn)器回轉(zhuǎn)器的基本性能是實(shí)現(xiàn)阻抗倒置，即從其一端視入的阻抗等于另一端所接阻抗的倒數(shù)乘以常數(shù)。利用回轉(zhuǎn)器的阻抗倒置作用，可以借助電容來實(shí)現(xiàn)模擬電感，這在集成電路的設(shè)計(jì)中很有實(shí)用價(jià)值。跨導(dǎo)運(yùn)算放大器雙極型集成OTA4.模擬可變電容器電容可以用集成工藝制作，但是集成可變電容仍然比較麻煩。利用OTA回轉(zhuǎn)器的阻抗倒置作用和阻抗可調(diào)節(jié)特性，對一個(gè)已知電容進(jìn)行兩次回轉(zhuǎn)，則可以實(shí)現(xiàn)電容值的連續(xù)調(diào)節(jié)?？鐚?dǎo)運(yùn)算放大器雙極型集成OTA5.加法器將多個(gè)OTA的輸出端并聯(lián)，使它們的輸出電流相加并在一個(gè)負(fù)載電阻上形成輸出電壓，便可構(gòu)成對多個(gè)電壓輸入信號做加法運(yùn)算的電路，如圖9-38(a)和(b)所示。這種電路的輸入信號和輸出信號都是電壓，因此是應(yīng)用OTA實(shí)現(xiàn)的電壓模加法器。跨導(dǎo)運(yùn)算放大器雙極型集成OTA6.積分器(1)電壓