采用電流差分跨導(dǎo)放大器的電流限幅器及其應(yīng)用

　　通常，電流限幅器是處理非線性問(wèn)題的一種變更方法。在模擬信號(hào)處理應(yīng)用方面，電流限幅器是非線性元件和網(wǎng)絡(luò)(如非線性電組器，不規(guī)則振蕩器，精密整流器，逐段線性函數(shù)近似發(fā)生器)設(shè)計(jì)中的基本元件。

　　現(xiàn)在，有一種稱之為電流差分跨導(dǎo)放大器(CDTA)的器件，這種器件是一種新的電流模式有源器件，它有兩個(gè)電流輸入和兩種輸出電流。此器件是用修正的差分電流傳送器(MDCC)的差分特性和多輸出跨導(dǎo)放大器合成，以便實(shí)現(xiàn)電流模式信號(hào)處理。因此，用CDTA做為有源元件實(shí)現(xiàn)了有源濾波器、振蕩器和放大器。

　　希望非線性CDTA的其他應(yīng)用，特別是在精密整流器，電流模式施密特觸發(fā)器和電流模式倍增器中的應(yīng)用。可惜，CDTA應(yīng)用于合成電流限幅電路的實(shí)例不多。

　　本文描述CDTA做為設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電流限幅器的基本有源元件的應(yīng)用情況。用CDTA的跨導(dǎo)增益gm可以編程傳遞曲線的斷點(diǎn)和斜率。為了展示所提出的可調(diào)諧電流限幅器的通用性，在此給出電流限幅器在可編程電流模式精密全波整器和逐斷線性函數(shù)近似發(fā)生器中的非線性應(yīng)用。

　　電路描述

　　CDTA的電路表示和等效電路示于圖1。下面的方程式表示CDTA的終端關(guān)系：

　　Vp=Vn=0

　　iz=ip-in

　　ix=gmVz=gmZziz

　　其中Zz是連接到輸出Z的外部阻抗。通常，用供電偏置電流/電壓可以在幾十范圍內(nèi)線性調(diào)節(jié)gm值，這使得所設(shè)計(jì)的電路參量是可控制的。在此強(qiáng)調(diào)指出，在設(shè)計(jì)性能指標(biāo)變化和集成電路形式下，電子可控制性變得非常重要。

　　圖2示出筆者建議的CDTA基電流限幅器的基本構(gòu)建單元和相應(yīng)的傳遞特性曲線。在圖2a所示的電路中，iin是輸入電流、IB是斷點(diǎn)電流。假若iin≤IB,則二極管斷路。由于沒有電流流經(jīng)二極管D1(ID1=0)，所以，輸出電流變?yōu)榱?iout=0)。在iin> IB時(shí)，輸出電流iout將流經(jīng)二極管D1。因此，電路的輸出電流iout與斷點(diǎn)電流IB和增益gm的關(guān)系如下：

　　從方程(2)可見，傳遞特性曲線的斷點(diǎn)和斜率，靠調(diào)諧電流IB和增益gm的值都可以進(jìn)行電控制，這給出非線性函數(shù)近似設(shè)計(jì)中的更多靈活性。另外，根據(jù)相同的原理，圖2b-d的電路，對(duì)方程(2)有類似的傳遞特性，這依賴于CDTA輸出連接和二極管。

　　應(yīng)用

　　圖2所示的電流限幅器可有效地用于實(shí)現(xiàn)電流模式精密全波整流器(見圖3和圖4)。其中多輸出電流跟隨器級(jí)是從輸入電流(iin)，在同一方向產(chǎn)生多輸出電流的電路。根據(jù)前面所述，CDTA基電流限幅器并置gml-1=gm2=gm，得這兩個(gè)新電路的輸入和輸出電流關(guān)系：

　　這意味著圖3和圖4所示電路分別工作為正和負(fù)電流模式全波整器。有價(jià)值的是，傳遞曲線的斜率仍然可以繼續(xù)靠調(diào)諧CDTA1的gm1控制傳遞曲線的負(fù)斜率、調(diào)諧CDTA2的gm2控制傳遞曲線的正斜率。

　　本文所示的電流限幅器，可以實(shí)現(xiàn)精密線性函數(shù)近似電路。做為一個(gè)實(shí)例，圖5a示出所希望的傳遞特性，是由3個(gè)線性段組成。圖2中每個(gè)CDTA基電流限幅器所需的各個(gè)斜率表示在圖5a的下面部分。而實(shí)際的電路實(shí)現(xiàn)示于圖5b。

　　注意，分別調(diào)節(jié)gm1R1,gm2R2和gmR3的值，可以很容易地確定構(gòu)與有效傳遞特性的斜率S0，S1和S2。從以上討論顯然可見：可以合成任何非線性電路發(fā)生器。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文提出用CDTA做為有源元件合成電流限幅器的簡(jiǎn)單方法。所提出的CDTA基電流限幅器，可用于做為實(shí)現(xiàn)集成化非線性函數(shù)電路(如電流模式精密全波整流器，精密線性函數(shù)近似電路)的基本構(gòu)建單元。所有得到的合成構(gòu)建單元也具有所希望的特性，即通過(guò)改變CDTA的gm值，可以電調(diào)諧線性段的正和負(fù)斜率及斷點(diǎn)。(彭京湘)

　            　圖1 CDTA電路符號(hào)(a)和等效電路(b)

         
　                   　圖2 CDTA基電流限幅器構(gòu)建單元

          
　               　圖3 正電流模式全波整流器電路(a)及傳遞特性曲線(b)

              
　   　           圖4 負(fù)電流模式全波整流器電路(a)及傳遞特性曲線(b)

           
　                 　圖5 精密線性函數(shù)近似電路(b)和傳遞特性曲線(a)