电流模式与电压模式电路探析

2013-07-05曹新亮樊延虎雷文礼

电气电子教学学报 2013年1期

曹新亮，樊延虎，雷文礼

(延安大学物理与电子信息学院，陕西延安716000)

在“模拟电子电路”课程中，采用电压作为信号变量，并通过处理电压信号来决定功能的电路，此称电压模式电路。近年来，以电流为信号变量的电路在信号处理中的优势逐渐被认识，促成了电流模式电路的发展［1］。

电流模式电路是以电流作为变量来分析和定标的。它与传统的电压模式电路相比具有以下突出特点:①频带宽，速度高，可以突破电压模式电路中增益带宽积为常数的限制，从而容易实现宽频带与高增益的特性;②电流模式采用的匹配技术在电路结构上精确对称，因此可抵消IC 自身的非线性，不需采用负反馈就能对信号实现线性处理;③由于采用跨导线性环路，这种电路结构变得简单;④在低电压供电时，电流模式电路可以获得很宽的动态范围。

然而，具体的电路总是通过电压和电流相互作用来实现各种功能。面向不同的应用场合，出现了电流模式电路与电压模式电路并行发展的格局。

我们在教学过程中认识到，帮助学生深入了解两种模式电路实质及其相互转换机理，是正确设计和选用不同模式电路的前提。

1 电流模式与电压模式

1.1 恒流源和恒压源

判断一个实际直流电源是恒流源还是恒压源，并没有绝对的标准与界限，而是根据电源的内阻与负载电阻的相对比值来决定采用哪种理想电源近似更为合理。

图1所示为一种实际电源电路。图中VS为实际电源，RS为实际电源的内阻，RL是负载，IO与VO分别为电源输出端的电流和电压。

图1 实际电压源电路

根据欧姆定律得

当RSRL时，IO=VS/(RS+RL)≈VS/RS，认为实际电源可以近似为恒流源;当RLRS时，VO=RLVS/(RS+RL)≈VS，可把实际电源近似为恒压源。

可见，对实际电源的理想等效形式是由实际电源的内因和外因共同决定的。

1.2 运放分类的依据

通常，集成运算放大器分为电压放大器、电流放大器、跨阻放大器和跨导放大器四种类型，分类标准是根据自身输入、输出阻抗的相对大小来区别和命名的［2］。

图2为集成运算放大器OA 的端口简图。其中，Ri为OA 的输入阻抗、RO为OA 的输出阻抗;RS为信号源的内阻或前级放大电路的输出阻抗;RL为负载阻抗或者后级放大电路的输出阻抗。

图2 集成运算放大器的端口简图

当满足RiRS且RLRO时，输入和输出都表现为电压，信号的传递关系为电压放大倍数，放大器输出可等效为电压控制的电压源VCVS，此类OA 称为电压运算放大器;当RiRS且RLRO，输入和输出都表现为电流，信号的传递关系为电流放大倍数，输出端口的等效源就是电流控制电流源CCCS，此类OA 称为电流放大器;当RiRS且RLRO，输入表现为电流和输出表现为电压，信号的传递关系为跨阻，输出端口的等效源就是电流控制电压源CCVS，此类OA 称为跨阻放大器;当RiRS且RLRO，则输入表现为电压和输出表现为电流，信号的传递关系为跨导，输出端口等效为电压控制电流源VCCS，此类OA 称为跨导放大器OTA。