CFA的運(yùn)算電路設(shè)計(jì)與仿真

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摘要:不同類型的電路應(yīng)用到不同類型的機(jī)械中，電路的設(shè)計(jì)需要滿足機(jī)器的功能需求。本文通過(guò)對(duì)典型的電路進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)出運(yùn)算電路，并且對(duì)電路的設(shè)計(jì)原理以及電路的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并且通過(guò)不同的設(shè)計(jì)方法以及電流設(shè)計(jì)技術(shù)，解決電路設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。通過(guò)電路的仿真，來(lái)判斷電路設(shè)計(jì)是否合理可行，由cfa構(gòu)成的運(yùn)算電路能夠達(dá)到100兆赫茲的數(shù)量級(jí)。

關(guān)鍵詞:CFA;運(yùn)算電路;電路設(shè)計(jì)與仿真

一、緒論

這些年來(lái)，隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)領(lǐng)域都在不斷的創(chuàng)新與突破中，過(guò)去模擬集成電路設(shè)計(jì)工作是以電壓模電路，現(xiàn)在已經(jīng)不斷地發(fā)展為電流模電路，在過(guò)去，主要以電壓反饋運(yùn)算放大器為主，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展為電流反饋運(yùn)算放大器。因此，CFA作為新發(fā)展的一項(xiàng)電子技術(shù)，其應(yīng)用方式并沒(méi)有明確的規(guī)范，也沒(méi)有相關(guān)的指南。基于此現(xiàn)狀，本文通過(guò)對(duì)典型的CFA進(jìn)行了深入的研究，并且對(duì)運(yùn)算電路做出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，對(duì)電路的結(jié)構(gòu)以及各個(gè)零部件的參數(shù)模仿真的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，結(jié)果如下。

二、反相放大器

CFA是電流模電路中最典型的。電流模電路相比于之前的電壓模電路來(lái)說(shuō)，用了最新的高速互補(bǔ)雙極制造工藝，對(duì)于相同的雜散電容來(lái)說(shuō)，受到的影響更小，工作更加平穩(wěn)。除此之外，工作的速度還會(huì)快出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這兩種反饋器雖然有很多的不同點(diǎn)，但是在輸入電壓的限制條件以及輸入電流的限制條件是十分相似的。也可以說(shuō)，電流反饋運(yùn)算放大器與傳統(tǒng)的放大器所應(yīng)用的基本方式以及設(shè)計(jì)的思路是一致的。通過(guò)運(yùn)算電路的實(shí)驗(yàn)，我們可以知道，在運(yùn)算電路中，無(wú)論輸入的信號(hào)是否為零，輸出的信號(hào)均不可能為零。也就是說(shuō)，在電路在進(jìn)行過(guò)程中發(fā)生了失調(diào)誤差，這種失調(diào)誤差一般是指輸入失調(diào)電流而導(dǎo)致輸出直流噪聲現(xiàn)象和輸入失調(diào)電壓所造成的誤差，以上兩種現(xiàn)象會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生直接的影響。電流反饋運(yùn)放輸出失調(diào)電壓要比電壓反饋運(yùn)放大很多，這樣一來(lái)，失調(diào)電壓產(chǎn)生的效果會(huì)嚴(yán)重的影響有用信號(hào)的發(fā)現(xiàn)，針對(duì)這樣的情況，就一定要進(jìn)行外部的調(diào)零工作。在本市提案過(guò)程中，我們選用的反饋運(yùn)放，在零部件的內(nèi)部不具有調(diào)零電路，必須做外部的調(diào)零工作。這樣的工作應(yīng)用的原理也不難解讀，一般都是將可調(diào)的電壓和可調(diào)的電流都合理的加到電路中，以此來(lái)補(bǔ)償電路的失調(diào)誤差。我們采用這樣的方式，其優(yōu)點(diǎn)在于，輸入級(jí)在一般情況下不會(huì)導(dǎo)致額外的失衡，這樣的電路也不會(huì)使部件的工作性能受到影響。在整個(gè)電路運(yùn)行過(guò)程中，供電電壓可以作為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)電源，并且在電路中設(shè)置可以調(diào)節(jié)的電壓，利用這一部分的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)失調(diào)誤差進(jìn)行調(diào)零工作。這樣一來(lái)，既能保證電路正常的工作性能，還能夠保證整體的平衡。

三、同相放大器

事實(shí)上，同相放大器在設(shè)計(jì)方式上與前文提到的反相放大器是及其相似的，其應(yīng)用的設(shè)計(jì)原理主要便是輸入電壓約束條件以及輸入電流的約束條件?；趯?duì)此問(wèn)題的分析我們通過(guò)對(duì)所得的數(shù)據(jù)繪制頻響曲線，通過(guò)對(duì)曲線進(jìn)行分析觀察，我們可以知道，CFA同相放大器的最高頻率高達(dá)100兆赫茲，該同相放大器的帶寬與電壓模電器所組成的同相放大器說(shuō)帶寬相比較，要高出很多倍。在實(shí)際投入應(yīng)用的過(guò)程中，其應(yīng)用的范圍更加寬廣。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們運(yùn)用運(yùn)算放大器電路組成了放大器的仿真數(shù)據(jù)，這組仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際的理論分析相符合，證實(shí)了我們研究的正確性。

四、積分運(yùn)算電路

積分運(yùn)算電路對(duì)于電路設(shè)計(jì)的要求更高，因?yàn)樵诜e分電路中，電抗元件在通常條件下所產(chǎn)生的反饋相位一般都會(huì)相對(duì)滯后，這樣便會(huì)使電路十分的不穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)電流模電路手電抗元件影響以及電壓模電路受電抗元件的影響進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)電流模電路更容易受到電抗元件帶來(lái)的影響。因此，在電流模電路中，一定不能采用直接電容反饋的形式，避免電路運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生電路自激震蕩現(xiàn)象。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，也要采取相應(yīng)的措施，必須使電路能夠在穩(wěn)定的環(huán)境下正常工作，以下為本次研究所涉及的兩種方案。其中一種設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用了豪蘭得電流泵，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的改裝工作。經(jīng)過(guò)合理的改進(jìn)之后，電路能夠?qū)崿F(xiàn)相同積分的功能。對(duì)整車(chē)電路進(jìn)行分析，可以得出，應(yīng)用CFA來(lái)設(shè)計(jì)的相同積分電路在實(shí)現(xiàn)將方波轉(zhuǎn)化為三角波功能上具有很好的效果。此外，在解決積分器發(fā)生的漂移、失真以及調(diào)零狀況的時(shí)候，是擁用傳統(tǒng)的經(jīng)典方法來(lái)完成的。我們應(yīng)用的另外一種設(shè)計(jì)方案，是對(duì)反向積分器進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)工作。在這個(gè)工作過(guò)程中，我們應(yīng)用了加入新的電阻來(lái)解決直通電容產(chǎn)生的反饋相位延后帶來(lái)嚴(yán)重影響的問(wèn)題。這個(gè)外加電阻一般是放在求和節(jié)點(diǎn)以及反向輸入端之間，這樣一來(lái)，便能夠有效的對(duì)電路的自激條件破壞。設(shè)計(jì)這樣的積分電路，最先做的工作便是要確定相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)的大小直接影響了積分速度的快慢，運(yùn)算放大器輸入電壓最大值是有范圍限制的，在這樣的條件下，如果時(shí)間常數(shù)很小，便會(huì)使得輸出的波形偏離原先的真實(shí)度。

五、電路設(shè)計(jì)結(jié)果

首先，我們可以確定的是，電流模電路設(shè)計(jì)的運(yùn)算電路與電壓模電路設(shè)計(jì)的運(yùn)算電路方式基本上是相同的，在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般都會(huì)以輸入端的電壓約束條件以及電流約束條件作為設(shè)計(jì)電路的基本原則。采用這樣的運(yùn)算方式，還可以拓展為更多形式的運(yùn)算電路。其次，我們可以肯定的是，為了解決CFA運(yùn)算電路失調(diào)電壓大的問(wèn)題，可以采用精準(zhǔn)調(diào)零的方式。CFA在實(shí)際的工作過(guò)程中，為了避免電容的影響，需要應(yīng)用高速互補(bǔ)雙極的制造工藝。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，對(duì)電路設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。對(duì)此，我們必須對(duì)此進(jìn)行重視，不斷的發(fā)展電路的設(shè)計(jì)以及制造工藝。良好的科技投入到電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，能夠使得電路制造以及發(fā)展更為科學(xué)、更為平穩(wěn)、更為快速，促進(jìn)我國(guó)電子科技不斷創(chuàng)新與發(fā)展。

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作者:彭良 單位:廣東美的制冷設(shè)備有限公司