电流传送器及其应用研究

1、毕业设计（论文）题目电流传送器及其应用研究作者学院专业学号指导教师二 年 月 日湖 南 科 技 大 学潇湘学院毕业设计（论文）任务书 潇湘学院 院 信息与电气工程 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 学号: 0954030110 专业: 电子信息工程 1 设计（论文）题目及专题： 电流传送器及其应用研究 2 学生设计（论文）时间：自 2013 年 2月 20 日开始至 2013 年 6 月 1 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：1 李亨.电流控制传送器及其研究D.湖南:湖南大学.2006. 2 秦世才.现代模拟集成电子学J.北京:科学出版社.2003,1-14

2、 3 席燕辉.电流传送器及其滤波器原理与应用D.湖南:湖南师范大学.2005. 4 李海鸥.低电压低功耗CMOS电流传送器及其应用研究D.湖南:湖南大学.2008. 4 设计（论文）应完成的主要内容： 集成电路的基本介绍以及发展前景 电流传送器的基础理论概括 电流传送器的应用与实现 展望及其它。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：1> 毕业设计以论文形式提交 2> 一律用WORD排版 3> 图纸符合工程制图规范 4> 严格按湖南科技大学本科毕业设计（论文）的格式要求 6 发题时间： 2013 年 3 月 18 日指导教师： （签名）学 生： （签

3、名）湖 南 科 技 大 学潇湘学院毕业设计（论文）指导人评语指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学潇湘学院毕业设计（论文）评阅人评语评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学潇湘学院毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： ABSTRACT第一章 绪 论11.1引 言1 集成

4、电路应用领域的方向1 集成电路的发展现状与前景11.2电流传送器研究的意义以及目前研究状况2 电流传送器研究的意义2 电流传送器目前的研究现状3 本文内容安排3第二章 电流传送器电路的介绍42.1引 言42.2电流传送器的介绍4 第一代电流传送器(CCI)4 2.2.2 第二代电流传送器（CCII）6 2.2.3 第三代电流传送器（CCIII）10第三章 电流传送器的实现123.1 CCl的实现123.2 CCII的实现14第四章 模拟电感164.1 基于AD844模拟电感的实现电路16 接地电感的实现与模拟16 4.1.2 浮地电感的实现与模拟184.2 常用模拟电感电路的分析22第五章 基

5、于电流传送器滤波器的设计265.1滤波器的基础知识265.2高阶滤波器的实现方法265.3 CCII滤波器设计方法275.4设计滤波器需考虑的因数29 5.4.1 n阶梯形滤波器的设计30 5.4.2 举例说明CCII五阶梯形滤波器315.5 本章小结34 35致 谢.36 (2.1)图2.4 CCII的零子-任意子模型可以作为一个 （2.3） a) CCIII电路符号 b） CCIII的CCII实现电路图3.2 CCI双极性电路对于接地电感的模拟，我们根据AD844端口特性，可以构造如图4.1电路实现：在图4.2中 （4.1） （4.2） （4.3） （4.4）因此 （4.5）其中R1=1k

6、，R2=1k，C1=0.541nF，C2=1.3065nF，L11.3065mH，L2=0.541mH电压输出特性为：采用AD844模拟接地电感，电路图4.5如下所示：其中，R1=l k ，R2=1 k ，C1=0.541nF，C2=1.3065nF，R3=l k ，R4=l k ，C3=1nFR5=1.3kQ，R6=0.54ko，C4=1nF电压输出特性为：其实现阻抗为： （4.6）利用增加冗余法，我们得到基于CCII的电路如下所示：其阻抗不变。我们可以从理论上推导其阻抗公式：图4.9 等效电路由图4.9可以看出： (4.7) (4.8) (4.9) (4.10)由方程（4.8）、（4.10

7、）我们得到 (4.11) (4.12)由此得 (4.13) (4.14)因为，所以找到 （a为系数）从方程（4.13）、（4.14）的得到 (4.15)所以 (4.16)又因 ，最后得到 (4.17)由前面的模型，可以推导出实际模拟电感L及D元件值。假设Z1=Z3=Z4=Z5=R 其中R<<或者因此与 可视为开路。对于中频阻抗很小，因此可以视为开路。由此我们得出： (4.18)其中S= 当时 (4.19)又因为<<所以 (4.20)模拟电感如下图示： 同理，当Z2=Z3=Z4= R且时，得到模拟D元件下图所示：我们采用PSPICE的方法验证其电感特性。设一串联谐振回路如

8、下图所示：其中R1k,，L=1mH，C1nF 电流输出曲线如下图所示。采用基于AD844的电感模拟电路代替实际电感。其电流输出曲线如下所示：图4.14 模拟电流输出曲线下面介绍几种实际当中常用的模拟电感电路；第一种：其结构仿造放大器的结构。 (4.21)其导纳分别为 ，若，则可实现RL阻抗 (4.22)若导纳为 ，则可实现CD阻抗 (4.23)此电路可用于实现接地电感及接地D元件。第二种：如图4.16所示它以第二代正电流传送器(CCII+)为有源器件，用三个正电流传送器设计模拟电感，它模拟电感的优点有：a、所有的无源元件都接地；b、电感值可独立调节；且不用大电容就可容易实现大电感；c、无须特别

9、的元件匹配条件。各端电压的设置如图4.16所示：由图可以知道第三个传输器的Z端的电流为Ii，第一个传输器的X端电压为Vi，那么电流IY3=ViY3。由此流进第一个传输器Z端的电流也是ViY3。由于电流传输器性质得到：流进第三个传输器Z端的电流为Ii，那么流进第三个传输器X端的电流为Ii，则,所以，.那么流进第二个传输器Z端的电流为V1Y1，所以流进X端的电流也是V1Y1。所以，代入得： （4.24） 经过移项处理：故此得到该电路得输入阻抗： （4.25）如果选择，则 （4.26）另外，当取不同的值，可以获得电感，负电感和电阻的串并联组合。 说明：该设计能满足我们的实际要求，并且满足接地的要求，

10、只用了电阻和电容就实现了，但是我门可以看到的是这个电路太复杂了，不够简单，功耗大，经济不合算，制作要难一些，尺寸大，只是在理论上可行，但在实际的制作当中是不值得推广的。第三种：由于第二中方法复杂了，改进后得到图4.17所示电路，它用两个正电流传输器实现模拟电感，它模拟电感的优点：a、无源元件都接地：b、电感值可独立调节；c、无须特别的元件匹配条件、d、这个比图4.16的电路更加简单，而且实现的功能是一样的。对该电路进行分析其特性：首先设输入电压是Vin，电流为Iin，那么CCII的X端电流也为Iin ，电压为IinR21，由电流传输器的性质得到CCII+的Y端电压为IinR21，由电路图得到C

11、CII的Z端的电压为IinR21，则CCII的Z端的电流： （4.27）由CCII的X端的电流是： IX= （4.28）根据传输器的特性得到： （4.29）于是 IinR21CS= (4.30) 由此可推导出： (4.31)于是得到了L=R12R21C (4.32)可见该电路可实现接地电感，并且没有附加电阻。其实现的电感如图所示：经测量L=CR12R21说明：这个电路比较简单，功耗低，体积小，容易调节，制作较容易，推导很容易看懂，便于在实际当中操作调节，满足我们的设计要求，即要求可实现接地电感。a)电容滤波单元 b)电压变换单元电容滤波单元和电压变换单元电路图5.4 电流模式梯形滤波器的设计

12、（5.1）图5.4 n阶梯形滤波器电路图5.5 CCII+模拟电感的n阶梯形滤波电路图5.6 CCII+和CCII模拟电感的n阶梯形滤波电路 (5.2)图5.7 梯形滤波器图5.8 基于CCII+仿真电感的电流模式五阶高通滤波电路从前面的分析，设图5.8的参数为： 把上面的参数确当后，我们对图5.8进行仿真分析，首先写出程序。把程序放在PSPICE中运行得到仿真结果图，如下所示：图5.9 CCII+仿真结果图5.6中, 图5.10基于CCII仿真电感的电流模式五阶高通滤波电路图5.11 仿真结果1 李亨.电流控制传送器及其研究D.湖南:湖南大学.2006.2 秦世才.现代模拟集成电子学J.北京

13、:科学出版社.2003,1-143 席燕辉.电流传送器及其滤波器原理与应用D.湖南:湖南师范大学.2005.4 李海鸥.低电压低功耗CMOS电流传送器及其应用研究D.湖南:湖南大学.20085 梁荣新.电流传输器的实现及其在IC线性与非线性单元电路中的应用研究D.广州:华南理工大学.2003.6 王青东. 电流镜结构的电磁兼容设计D.河北:河北大学.20117 管志利. 基于CCC的电流模式滤波器的研究及设计D.湖南:湖南大学.20088 彭良玉.连续时间集成滤波器设计D.湖南:湖南大学.20039 Alain Fabre,Omar Saaid.Christophe Boucheron.High Frequency Application Based on a New Current Controlled Conveyor.IEEE Trans onCAS(I).1996,4