采用電流差分跨導放大器的電流限幅器及其應用

　　通常，電流限幅器是處理非線(xiàn)性問(wèn)題的一種變更方法。在模擬信號處理應用方面，電流限幅器是非線(xiàn)性元件和網(wǎng)絡(luò )(如非線(xiàn)性電組器，不規則振蕩器，精密整流器，逐段線(xiàn)性函數近似發(fā)生器)設計中的基本元件。

　　現在，有一種稱(chēng)之為電流差分跨導放大器(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放大器合成，以便實(shí)現電流模式信號處理。因此，用CDTA做為有源元件實(shí)現了有源濾波器、振蕩器和放大器。

　　希望非線(xiàn)性CDTA的其他應用，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用?？上?，CDTA應用于合成電流限幅電路的實(shí)例不多。

　　本文描述CDTA做為設計簡(jiǎn)單電流限幅器的基本有源元件的應用情況。用CDTA的跨導增益gm可以編程傳遞曲線(xiàn)的斷點(diǎn)和斜率。為了展示所提出的可調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(xiàn)性函數近似發(fā)生器中的非線(xiàn)性應用。

　　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線(xiàn)性調節gm值，這使得所設計的電路參量是可控制的。在此強調指出，在設計性能指標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建單元和相應的傳遞特性曲線(xiàn)。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(méi)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(jiàn)，傳遞特性曲線(xiàn)的斷點(diǎn)和斜率，靠調諧電流IB和增益gm的值都可以進(jìn)行電控制，這給出非線(xiàn)性函數近似設計中的更多靈活性。另外，根據相同的原理，圖2b-d的電路，對方程(2)有類(lèi)似的傳遞特性，這依賴(lài)于CDTA輸出連接和二極管。

　　應用

　　圖2所示的電流限幅器可有效地用于實(shí)現電流模式精密全波整流器(見(jiàn)圖3和圖4)。其中多輸出電流跟隨器級是從輸入電流(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(zhù)圖3和圖4所示電路分別工作為正和負電流模式全波整器。有價(jià)值的是，傳遞曲線(xiàn)的斜率仍然可以繼續靠調諧CDTA1的gm1控制傳遞曲線(xiàn)的負斜率、調諧CDTA2的gm2控制傳遞曲線(xiàn)的正斜率。

　　本文所示的電流限幅器，可以實(shí)現精密線(xiàn)性函數近似電路。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(xiàn)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)現示于圖5b。

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

　　結語(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)現集成化非線(xiàn)性函數電路(如電流模式精密全波整流器，精密線(xiàn)性函數近似電路)的基本構建單元。所有得到的合成構建單元也具有所希望的特性，即通過(guò)改變CDTA的gm值，可以電調諧線(xiàn)性段的正和負斜率及斷點(diǎn)。(彭京湘)

　 　圖1 CDTA電路符號(a)和等效電路(b)