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[摘要]电流模电路相对于电压模电路有着应用上的优势。本文从阻抗的观点出发阐明集成放大器命名的依据，通过具体电路分析二者原理上的区别和应用形式上的联系，对探明两种电路的本质，帮助学生正确应用电路和独立设计电路均有一定的作用。
[关键词]电流模 电压模 电路原理 应用电路
[中图分类号] G434 [文献标识码] A
随着被处理信号的频率越来越高，电压型运算放大器的固有缺点开始阻碍它在高频、高速环境中的应用。人们已经认识到电流模电路可以解决电压模电路所遇到的一些难题，在速度、带宽、动态范围等方面获得更加优良的性能。在信号处理领域，电流模式的电路设计方法正在取代电压模式的传统设计方法，电流模式电路的发展和应用将把现代模拟集成电路推进到一个新阶段。
电流模电路在现代电子电路中应用十分广泛[1]，是传输、放大和处理电流信号的电路，它是以电流作为变量来分析和定标的。与传统的电压模电路相比，电流模电路具有以下突出特点：①频带宽，速度高，可以突破电压模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由于电流模采用匹配技术，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，使电路的复杂程度变得简单；④在低电压供电时，电流模电路的电流输出可以获得很宽的动态范围。
对电流模电路与电压模电路的正确认识是电路设计与应用的前提。本文就集成电压模与电流模的区别与应用进行初探，帮助学生对两种模式电路加深理解。
一、集成运算放大器分类依据
常见的集成运算放大器可分为分为电压放大器、电流放大器、跨阻放大器、跨导放大器四种类型，分类标准是根据自身输入、输出阻抗[2]的相对大小来区别和命名的。
图1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。
当满足Ri>>Rs且RL>>Ro时，输入、输出都表现为电压，信号的传递关系为电压放大倍数，输出端口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Ri<>Rs且RL>>Ro，则输入表现为电压、输出表现电流，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）。
因此，放大器类别划分与其自身输入输出阻抗的相对值密切相关。
二、电流模与电压模电路的区别与联系
（一）电流模与电压模电路的区别
电流模与电压模电路主要表现在输入、输出变量的差别上。电路的功能决定着电路的结构，以放大器电路为例，电压模和电流模放大器电路的结构迥然不同（如图2所示），放大信号的机理也有明显的区别[3]。
其中，gm为电压放大器中晶体管的跨导。
这两种电路的分别工作于电压模式和电流模式，输出变量受输入变量控制。可以利用VCVS、CCCS进行等效输出变量受输入变量控制关系。
尽管l两个放大器的电压和电流存在着相互作用，但由于信号载体不同，它们的作用也不同。在电压放大器中，信号表现为电压的变化，漏极电流起中介作用。而在电流放大器中，信号表现为电流变化，栅源电压起中介作用。
（二）电流模与电压模电路的联系
1.电压与电流的相互转换
根据实际需要，在电路中可以通过改变电路网络的输入、输出阻抗来实现， 电压与电流的相互转换。下面以电压-电流变换电路——跨导运算放大器（OTA）为例来作以说明。
CMOS跨导放大器的电路结构一般由跨导输入级和电流镜组成，而且用源极耦合差动放大器作为跨导输入级的基本电路，具有很高的共模抑制比和很小的漂移。图3所示电路为基本的CMOS跨导运算放大器电路，该电路由10个MOS晶体管组成。其中T1、T2组成基本源耦差分对作为OTA的输入级，很明显，它有很高的输入阻抗（ri→∞）和输出阻抗（ro=rds7//rds2），从而完成电压-电流变换；T3、T4组成传输比为1的基本电流镜，将外加偏置电流IB输送到差动输入级作为尾电流Iss，并控制其增益值：T5与T6、T7与T8、T9与T10分别组成三个基本电流镜。
（4）式中，gm`是差动式跨导输入级的增益，gm是跨导运算放大器的增益。此时跨导运算放大器的传输特性将由跨导输入级的传输特性来决定。
2.电流模与电压模电路结构上的互易性
伴随网络[4]可以将电压模电路转换为电流模电路，从而简化了电流模电路端设计。对任意网络N可以实现一个伴随网络Na，当网络N的激励和响应互换时，以网络Na代替网络N，可以保持其传输函数不变，即 ，如图4。称网络Na和网络N是彼此互易的，它们的重要特性是两者中的元件具有相同的灵敏度，并且可以是两个不同的网络。构成伴随网络中的电路元件与原网络中的电路元件有一一对应关系。
三、总结
本文从集成放大器谈起，通过电路实例阐述了电压模电路与电流模电路的区别， 以应用伴随网络将两种模式电路联系起来，有助于学生理解两种模式电路本质。
[参考文献]
[1]王卫东.现代模拟集成电路原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2]刘广孚.单管放大电路输出电阻教学方法探讨[J].电气电子教学学报， 2011，33（01）：111～112.
[3]董在望，李冬梅，王志华等.高等模拟集成电路[M].北京： 清华大学出版社，2006.
[4]田社平，陈洪亮，张峰.互易电路回路矩阵和节点矩阵的对称性[J].电气电子教学学报，2010，32（01）：22～23+28
（作者单位：延安大学物理与电子信息学院 陕西延安）
[关键词]电流模 电压模 电路原理 应用电路
[中图分类号] G434 [文献标识码] A
随着被处理信号的频率越来越高，电压型运算放大器的固有缺点开始阻碍它在高频、高速环境中的应用。人们已经认识到电流模电路可以解决电压模电路所遇到的一些难题，在速度、带宽、动态范围等方面获得更加优良的性能。在信号处理领域，电流模式的电路设计方法正在取代电压模式的传统设计方法，电流模式电路的发展和应用将把现代模拟集成电路推进到一个新阶段。
电流模电路在现代电子电路中应用十分广泛[1]，是传输、放大和处理电流信号的电路，它是以电流作为变量来分析和定标的。与传统的电压模电路相比，电流模电路具有以下突出特点：①频带宽，速度高，可以突破电压模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由于电流模采用匹配技术，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，使电路的复杂程度变得简单；④在低电压供电时，电流模电路的电流输出可以获得很宽的动态范围。
对电流模电路与电压模电路的正确认识是电路设计与应用的前提。本文就集成电压模与电流模的区别与应用进行初探，帮助学生对两种模式电路加深理解。
一、集成运算放大器分类依据
常见的集成运算放大器可分为分为电压放大器、电流放大器、跨阻放大器、跨导放大器四种类型，分类标准是根据自身输入、输出阻抗[2]的相对大小来区别和命名的。
图1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。
当满足Ri>>Rs且RL>>Ro时，输入、输出都表现为电压，信号的传递关系为电压放大倍数，输出端口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Ri<
因此，放大器类别划分与其自身输入输出阻抗的相对值密切相关。
二、电流模与电压模电路的区别与联系
（一）电流模与电压模电路的区别
电流模与电压模电路主要表现在输入、输出变量的差别上。电路的功能决定着电路的结构，以放大器电路为例，电压模和电流模放大器电路的结构迥然不同（如图2所示），放大信号的机理也有明显的区别[3]。
其中，gm为电压放大器中晶体管的跨导。
这两种电路的分别工作于电压模式和电流模式，输出变量受输入变量控制。可以利用VCVS、CCCS进行等效输出变量受输入变量控制关系。
尽管l两个放大器的电压和电流存在着相互作用，但由于信号载体不同，它们的作用也不同。在电压放大器中，信号表现为电压的变化，漏极电流起中介作用。而在电流放大器中，信号表现为电流变化，栅源电压起中介作用。
（二）电流模与电压模电路的联系
1.电压与电流的相互转换
根据实际需要，在电路中可以通过改变电路网络的输入、输出阻抗来实现， 电压与电流的相互转换。下面以电压-电流变换电路——跨导运算放大器（OTA）为例来作以说明。
CMOS跨导放大器的电路结构一般由跨导输入级和电流镜组成，而且用源极耦合差动放大器作为跨导输入级的基本电路，具有很高的共模抑制比和很小的漂移。图3所示电路为基本的CMOS跨导运算放大器电路，该电路由10个MOS晶体管组成。其中T1、T2组成基本源耦差分对作为OTA的输入级，很明显，它有很高的输入阻抗（ri→∞）和输出阻抗（ro=rds7//rds2），从而完成电压-电流变换；T3、T4组成传输比为1的基本电流镜，将外加偏置电流IB输送到差动输入级作为尾电流Iss，并控制其增益值：T5与T6、T7与T8、T9与T10分别组成三个基本电流镜。
（4）式中，gm`是差动式跨导输入级的增益，gm是跨导运算放大器的增益。此时跨导运算放大器的传输特性将由跨导输入级的传输特性来决定。
2.电流模与电压模电路结构上的互易性
伴随网络[4]可以将电压模电路转换为电流模电路，从而简化了电流模电路端设计。对任意网络N可以实现一个伴随网络Na，当网络N的激励和响应互换时，以网络Na代替网络N，可以保持其传输函数不变，即 ，如图4。称网络Na和网络N是彼此互易的，它们的重要特性是两者中的元件具有相同的灵敏度，并且可以是两个不同的网络。构成伴随网络中的电路元件与原网络中的电路元件有一一对应关系。
三、总结
本文从集成放大器谈起，通过电路实例阐述了电压模电路与电流模电路的区别， 以应用伴随网络将两种模式电路联系起来，有助于学生理解两种模式电路本质。
[参考文献]
[1]王卫东.现代模拟集成电路原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2]刘广孚.单管放大电路输出电阻教学方法探讨[J].电气电子教学学报， 2011，33（01）：111～112.
[3]董在望，李冬梅，王志华等.高等模拟集成电路[M].北京： 清华大学出版社，2006.
[4]田社平，陈洪亮，张峰.互易电路回路矩阵和节点矩阵的对称性[J].电气电子教学学报，2010，32（01）：22～23+28
（作者单位：延安大学物理与电子信息学院 陕西延安）