基于MOCCC II和OTA的頻率可調(diào)諧 多功能電流模式濾
加入技術(shù)交流群
電流傳送器自1968年問世以來，在模擬電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛，也在人們的關(guān)注下不斷發(fā)展，基于第二代電流傳送器CCⅡ(The Second Generation Current Conveyor)的電路方案層出不窮。然而，由于CCⅡ的X端存在寄生電阻，從而造成CCII的X端與Y端電壓跟蹤無法達(dá)到理想程度，導(dǎo)致了電路的傳輸函數(shù)產(chǎn)生誤差。1996年A．Fabre等人利用雙極型晶體管的線性互導(dǎo)(Translinear Loop)特性實(shí)現(xiàn)了電流控制傳送器CCCⅡ(Current Controlled Conveyor)，克服了CCⅡ的不足。CCCⅡ利用X端的寄生電阻受內(nèi)部直流偏壓控制的特性，使CCCⅡ的應(yīng)用延伸到電調(diào)節(jié)的領(lǐng)域。這樣使得CCCⅡ和OTA(Operational Transconductance Ampli-fier)一樣，元件本身能夠產(chǎn)生電阻效應(yīng)，設(shè)計(jì)過程中減少了無源元件的使用，使電路結(jié)構(gòu)變得簡單，而且提高了頻響降低了功耗。
運(yùn)算跨導(dǎo)放大器OTA，輸入電壓控制輸出電流，開環(huán)增益是以S為量綱的跨導(dǎo)，可通過偏置電流對開環(huán)增益連續(xù)調(diào)節(jié)，頻帶寬、高頻性能好。這些性能優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)電壓型運(yùn)算放大器。
隨著CCCⅡ以及OTA的提出，二者的優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視，由CCCⅡ構(gòu)成的濾波器，以及OTA-C濾波器也有一些報(bào)道，然而，由CCCⅡ與OTA聯(lián)合構(gòu)成的濾波器的報(bào)道尚不多見。本文提出了一種基于MOC-CCⅡ和OTA的電流模式濾波器，只需兩個(gè)MOCCCⅡ和一個(gè)OTA以及兩個(gè)接地電容元件，無須任何電阻元件，由于MOCCCⅡ和OTA均可通過偏置電流調(diào)節(jié)，采用二者聯(lián)合構(gòu)成的電路，頻率可調(diào)諧的范圍更廣，電路具有設(shè)計(jì)簡單，靈敏度低和多功能濾波等優(yōu)點(diǎn)，并且經(jīng)過理論分析和模擬仿真，驗(yàn)證了本文所提出的電路結(jié)構(gòu)是正確的。
1 頻率可調(diào)諧多功能電流模式濾波器的設(shè)計(jì)
1．1 MOCCCⅡ器件的簡介
理想MOCCCⅡ的Y端和Z端阻抗為無窮大，其電路符號如圖1所示，端口特性如下：
式中：RX是X端的寄生電阻，其值為：RX=VT／(2IB)；VT為熱電壓，在常溫(T=300 K)下，VT△26 mV；IB為偏置電流，控制寄生電阻RX實(shí)現(xiàn)電可調(diào)性。
1．2 OTA器件的簡介
OTA因其跨導(dǎo)增益便于調(diào)節(jié)，線性控制范圍寬，電路結(jié)構(gòu)簡單便于集成的優(yōu)點(diǎn)，頗受重視，應(yīng)用范圍很廣。
OTA的符號如圖2所示，在理想情況下，輸入輸出阻抗趨于無窮大，圖3為其理想模型。Vi+為同相輸入端，Vi-為反相輸入端，Io是輸出電流，IB是偏置電流。
OTA的傳輸特性為：
式中：Vid是差模輸入電壓；Gm是跨導(dǎo)增益。在常溫小信號下有：Gm=19．2IB。
2 提出的電路
2．1 電路原理
新的二階多功能濾波器如圖4所示。
多功能電流模式濾波器根據(jù)各MOCCCⅡ的理想端口特性，以及電路結(jié)構(gòu)，可以得出電路各輸出端口的傳輸函數(shù)：
2．2 電路功能分析
選取不同的輸入端，在不同的輸出端可以獲得不同的濾波功能，而且將不同的輸出端進(jìn)行組合也可以得到不同的濾波功能，真正地實(shí)現(xiàn)了多功能。具體實(shí)現(xiàn)如下：
(1)當(dāng)選取Ii3=Ii，Ii1=0時(shí)，輸出端Io3可以實(shí)現(xiàn)全通功能：
(2)當(dāng)選取Ii1=Ii3=Ii，Ii2=0時(shí)，輸出端Io2可以實(shí)現(xiàn)低通功能，Io1實(shí)現(xiàn)帶通功能，組合Io3與Io1實(shí)現(xiàn)帶阻功能：
(3)當(dāng)選取Ii3=-Ii1=Ii，Ii2=0時(shí)，組合3個(gè)輸出端可以實(shí)現(xiàn)高通功能：
可見，濾波器的特征頻率ωo可以通過電容C進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。
2．3 靈敏度的分析
由ωo以及Q的式子，根據(jù)對數(shù)靈敏度的定義
SXY=X/Y?eY/eX，可以求出特征頻率ωo和品質(zhì)因數(shù)Q相對電阻RX1，RX2和電容C1，C2的靈敏度，如表1所示。顯然，該電路具有很低的靈敏度。
電流傳感器相關(guān)文章:電流傳感器原理
評論