基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及有源模拟电感模拟器和电容放大器领域，特别设及基于跨导运算放大 器的有源电感模拟器和电容放大器电路。
【背景技术】
[0002] 电感、电容作为基本的电路元件在电路与系统领域有着非常广泛的应用，然而在 集成电路设计领域电感和大容值电容不便于集成实现。为此，有源模拟电感模拟器和电容 放大器成为电路与系统领域研究的一个热点。
[000引 如，Imlrit.Myderrizi和Ali.Zeki采用1个双X端电流传输器DXCCIIU个浮 地电容和2个MOS管实现了一种新的电容放大器电路（IrKlrit.Myderrizi，Ali.Zeki，ElectronicallytunableDXCCII-basedgroundedcapacitancemultiplier[J].Int. J.Electron.Commun. 2014,68, 899 - 906),该电容放大器可W通过调节两个MOS管的栅极 偏压实现对电容增益的连续调节，但为了保证MOS管工作在可变电阻区，栅极偏压的调节 范围非常有限，因而电容增益很小。此外，该电容放大电路有接地限制，且不能实现有源电 感模拟器，因而不具有通用性。
[0004] MehmetSagbas，UmutE.A^en等采用双端输出的电流控制电流传输器（CCCII)和 跨导运算放大器（0TA)实现了一个有源电感模拟器（MehmetSagbas，UmutE.Ayten，Herman Sedef，Electronicallytunablefloatinginductancesimulator[J].Int.J.Electron. Commun. 2009,68, 423 - 427)，通过调节CCCn和OTA的偏置电流可W实现对电感量的调节。 但由于CCCII和0TA的偏置电流的调节范围非常有限，从而致使等效电感的电感值变化范 围相对较窄，而且该电路不具备电容放大功能。
[0005] 化ce,E，Pam址kale化iv等采用改进型的电流反馈运算放大器（CF0A)提出了一 个通用阻抗变换电路，通过改变元件阻抗性质该电路可W分别实现有源电感模拟器和电 容放大器（Yuce,E,PamukkaleUniv,Kinikli-Denizli,Minaei.S,AModifiedCFOAand ItsApplicationstoSimulatedInductors,CapacitanceMultipliers,andAnalog Filters[J]. 2008, 55, 266-275)。但该电路需要通过改变元件阻抗性质来实现不同的功能， 因而在实际应用中同样缺乏通用性。
[0006] 此外上述电路中所采用的有源模块，双X端电流传输器DXCCII、电流控制电流传 输器cccn和改进型的电流反馈运算放大器CF0A都没有商品化，因而上述电路只是从理论 上证明了其功能的可行性，而缺乏实际物理器件的支持。
【发明内容】
[0007] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供基于商品化的跨导运算 放大器为有源器件的电感模拟器和电容放大器电路。克服了上述有源电感模拟器和电容放 大器电路功能单一，电感值和电容值调节范围窄等缺点，能同时实现有源电感模拟器和电 容放大器，且具有较宽调节范围的通用电路。
[000引为达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0009] 基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路，包括3个单端电流输 出，型号为MAX436的OTA;U1、U2和U3,1个具有同相和反相电流输出，型号为MAX435的 OTA;U4,1个接地电容C，4个电阻Rzi、Rz2、Rz3和Rz4和1个开关K，其中电阻Rzi、Rz2、Rz3和 Rz4分别对应为相应OTA的跨导调节电阻，其中，U1的同、反相电压输入端In+、In-分别与 电路的输入节点A、B相连，跨导调节电阻Rzi跨接在U1的Z+和Z-端，U1的同相电流输出 端I〇ut+经开关K与U2的同相电压输入端In+相连，U2的反相电压输入端In-接地，U2的 跨导调节电阻Rz2跨接在U2的Z+和Z-端，U2的同相电流输出端Iout+经电容C接地并与 U3的反相电压输入端In-相连，U3的同相电压输入端接地，U3的同相电压输出端与U2的 同相电流输入端相连，U3的跨导调节电阻Rz3跨接在U3的Z+和Z-端，U4的反相电压输入 端接地，U4的同相电压输入端与U1的同相电流输出端Iout+相连，U4的跨导调节电阻Rz4 跨接在U4的Z+和Z-端，U4的同、反相电流输出端分别与电路的输入节点A、B相连。
[0010] 进一步的，所述单电流输出的0TA，对应电路中的U1、U2和U3,其跨导表示为；
[0011] gmi= 8/Rzii= 1，2,3 (1)
[0012] 所述具有同反相电流输出的OTA，对应电路中的U4,其跨导则表示为
[001 引gm4=4/Rz4 (2)0
[0014] 进一步的，所述电阻Rzl，Rz2，Rz3，Rz4，的阻值范围为 200-105Q，电容C=100P。
[001引进一步的，固定电阻Rzi=Rz4= 200 0,选取电容C= 100P，通过调节精密调节电 阻Rz2,Rz3W实现电容增益的连续调节。
[0016] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0017] 本发明基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路克服了现有技 术中有源电感模拟器和电容放大器电路功能单一的缺点。该电路在开关K断开时，可W实 现一个有源电感，该有源电感的电感值可W通过调节U2、U3的跨导调节电阻实现连续可 调，当开关K闭合时，该电路可W实现电容放大功能，并且可化围过调节U1、U2、U3和U4的 跨导调节电阻Rzi、Rz2、Rz3和Rz4实现对电容增益的控制。此外，所采用的跨导放大器其跨 导调节电阻具有较宽的调节范围，因而提出的有源电感的电感值和电容放大器的电容增益 都具有较宽的调节范围，因而也克服了现有的有源电感和电容放大器调节范围窄的缺点。 其次，本发明提出的电容放大器是浮地形式的，因而没有接地使用的限制，因而更具有通用 性。本发明采用的有源器件为商用集成电路MAX435和MAX436,因而提出的实现电路具有较 好的工程实际应用价值。
【附图说明】
[001引图1是本发明基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路的电路 图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图及【具体实施方式】对本发明技术方案做进一步详细描述：
[0020] 如图1所示，基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路，包括3个 单端电流输出，型号为MAX436的0TA;U1、U2和U3,1个具有同相和反相电流输出，型号为 MAX435的OTA;U4，1个接地电容C，4个电阻Rzi、Rz2、Rz3和Rz4和1个开关K，其中电阻Rzi、Rz2、Rz3和Rz4分别对应为相应OTA的跨导调节电阻，其中，U1的同、反相电压输入端In+、 In-分别与电路的输入节点A、B相连，跨导调节电阻Rzi跨接在U1的Z+和Z-端，U1的同相 电流输出端I〇ut+经开关K与U2的同相电压输入端In+相连，U2的反相电压输入端In-接 地，U2的跨导调节电阻Rz2跨接在U2的Z+和Z-端，U2的同相电流输出端Iout+经电容C 接地并与U3的反相电压输入端In-相连，U3的同相电压输入端接地，U3的同相电压输出端 与U2的同相电流输入端相连，U3的跨导调节电阻Rz3跨接在U3的Z+和Z-端，U4的反相 电压输入端接地，U4的同相电压输入端与U1的同相电流输出端Iout+相连，U4的跨导调节 电阻Rz4跨接在U4的Z+和Z-端，U4的同、反相电流输出端分别与电路的输入节点A、B相 连。
[0021] 进一步的，所述单电流输出的0TA，对应电路中的U1、U2和U3,其跨导表示为；
[002引gmi= 8/Rzii=1，2,3 (1)
[0023] 所述具有同反相电流输出的OTA，对应电路中的U4,其跨导则表示为
[0024] gm4=4/Rz4 (2)。
[0025]进一步的，所述电阻Rzi，Rz2, Rz3, Rz4,的阻值范围为200-105Q，电容C=loop。
[0026] 进一步的，固定电阻Rzi=Rz4= 200 0,选取电容C=loop,通过调节精密调节电 阻Rz2,Rz3W实现电容增益的连续调节。
[0027] 本发明基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路的工作原理 为：
[002引电路分析可知；U2、U3及电容C、电阻Rz2、Rz3实现了一个回转器，可朗尋接地电容 转化为一个等效电感，其等效阻抗可W表示为
[0029]
【主权项】
1. 基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路，其特征在于，包括3个 单端电流输出，型号为MAX436的OTA :U1、U2和U3，l个具有同相和反相电流输出，型号为 MAX435的OTA :U4，1个接地电容C，4个电阻RZ1、RZ2、Rz3和Rz4和1个开关K，其中电阻R Z1、 RZ2、Rz3和Rz4分别对应为相应OTA的跨导调节电阻，其中，Ul的同、反相电压输入端In+、 In-分别与电路的输入节点A、B相连，跨导调节电阻Rzi跨接在Ul的Z+和Z-端，Ul的同相 电流输出端Iout+经开关K与U2的同相电压输入端In+相连，U2的反相电压输入端In-接 地，U2的跨导调节电阻Rz2跨接在U2的Z+和Z-端，U2的同相电流输出端Iout+经电容C 接地并与U3的反相电压输入端In-相连，U3的同相电压输入端接地，U3的同相电压输出端 与U2的同相电流输入端相连，U3的跨导调节电阻Rz3跨接在U3的Z+和Z-端，U4的反相 电压输入端接地，U4的同相电压输入端与Ul的同相电流输出端Iout+相连，U4的跨导调节 电阻Rz4跨接在U4的Z+和Z-端，U4的同、反相电流输出端分别与电路的输入节点A、B相 连。
2. 根据权利要求1所述的基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路， 其特征在于，所述单电流输出的0TA，对应电路中的Ul、U2和U3,其跨导表示为： gmi= 8/RZi i = 1,2,3(1) 所述具有同反相电流输出的0TA，对应电路中的U4,其跨导则表示为 Sm4= 4/RZ4 (2) O
3. 根据权利要求2所述的基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路， 其特征在于，所述电阻RZ1，RZ2, RZ3, Rz4，的阻值范围为200-105Ω，电容C = 100P。
4. 根据权利要求2所述的基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路， 其特征在于，固定电阻Rzi= Rz4= 200 Ω，选取电容C = 100Ρ，通过调节精密调节电阻R Ζ2， Rz3以实现电容增益的连续调节。
【专利摘要】基于跨导运算放大器的有源电感模拟器和电容放大器电路，包括3个单端电流输出，型号为MAX436的OTA：U1、U2和U3，1个具有同相和反相电流输出，型号为MAX435的OTA：U4，1个接地电容C，4个电阻RZ1、RZ2、RZ3和RZ4和1个开关K，其中电阻RZ1、RZ2、RZ3和RZ4分别对应为相应OTA的跨导调节电阻，克服了上述有源电感模拟器和电容放大器电路功能单一，电感值和电容值调节范围窄等缺点，能同时实现有源电感模拟器和电容放大器，且具有较宽调节范围的通用电路。
【IPC分类】H03G3-20
【公开号】CN104836543
【申请号】CN201510212627
【发明人】李志军, 马铭磷, 向林波
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月29日