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(仿真)跨导放大器(V->I线性变换器)仿真学习贴

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发表于 2024-11-1 09:54:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 量子隧道 于 2024-11-1 10:02 编辑

前些天快速秃噜完了OPAs for everyone,这几天开始秃噜The art of electronics。

个人认为后者的质量比前者好,没那么多冠冕堂皇的错误,对晶体管等基本元件的性能把握更是非常精微。这是我非常喜欢的。我习惯于以小见大,从元器件和基本物理数学出发来解释宏观现象(可能这也是我破缺的早年物理学教育留下的习惯吧)。The art of electronics这本书更像是一本工具书,值得反复读,第一遍先有个大概印象。后续干活时若有一些把握不准的地方或有模糊的感觉时,可以再次回到这本书,找到对应的章节细读。

如果我时间不够,只读一本的话,我会选择The art of electronics。

里边读到了一个电流源,感觉很精妙。这是一个开环的V-I变换器,但是通过对晶体管的工作点的仔细设置,做到了千分之一的精确度。这千分之一的误差主要部分是增益误差(比例误差)。若通过系统设置把增益误差去掉,那么它有万分之一的线性度。当然,它没有考虑温漂和零点漂移,这需要设计者把握。

屏幕截图 2024-11-01 094533.png

原理就不多费口舌了,大家默默欣赏即可。

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发表于 2024-11-2 18:33:31 | 显示全部楼层
量子隧道 发表于 2024-11-2 08:56
果然你又来了:)

不是我不想用中文。奈何中文在科技领域确实不适应现代社会思维方式。从古文 ...


偏见太多,中文要精确表达根本没问题,而且会更精准。中文更灵活,更聪明,英语才呆傻,像那几个单词,那么老长
所谓外来词,中国近代史在那里,人家先进,所以外来很正常。不过现在网上正在扒西方伪史,西方很多所谓历史都是伪造的 ,之前是我们领先,后来西方传教士来了大量地带走中国的数学等东西,后来他们发达了。
书的翻译,那是翻译的人不行,不是中文不行。“翻译的译者名字一长串”,这是歪果仁?歪果仁自然好不了,像“不要把婴儿和洗澡水一起倒掉”这种话显然不是中国话 ,这种翻译拉倒吧。
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发表于 2024-11-3 10:20:52 | 显示全部楼层
望楼主开恩另开一帖,移植本帖技术相关内容,只包含本帖自然科学相关内容及坛友回复的,以供我这种技术学渣专心学习
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 楼主| 发表于 2024-11-2 21:35:05 | 显示全部楼层
MT4S301 发表于 2024-11-2 21:17
您给我整笑了  真有人信【西方伪史】汗【永乐大典】啊,,,

说回本贴,至少我个人认为:analog ...

我是一看谁张嘴就出“西方伪史论”就知道这人没法交流。让他们自嗨去吧。

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发表于 2024-11-2 08:52:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 iffi123 于 2024-11-2 08:59 编辑
w2000 发表于 2024-11-1 17:14
看到过一个这个CA3080放大器,说是跨导放大器,规格书里也看不懂,量版看看是不是和您1楼说的功能差不 ...


晶体管有3种参数模型,Z参数,Y参数和H参数,从不同角度来分析输入输出的电压电流之间相互关系

跨导是Y参数的一个比较常见的系数,Y21就是所说的跨导
Ii=Y11Vi+Y12Vo
Io=Y21Vi+Y22Vo

"跨"表示是输入和输出之间的某种关系,跨导的英文叫transconductance,”跨“其实是trans的翻译,有时也叫“转移"

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发表于 2024-11-2 08:22:46 | 显示全部楼层
这么多中英混杂,用中文说不了吗?中文完全可以,并不是中文不行,中文可以说的更好。——不想打架
Q3使Q5的b、c电压基本上保持不变
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发表于 2024-11-1 12:21:42 | 显示全部楼层
我的印象中,这本书很早已经有中文版了。
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发表于 2024-11-1 13:10:49 | 显示全部楼层
这个“跨导器”的跨导其实是两颗1k电阻,晶体管仅提供低阻输入高阻输出的【current buffer】作用。
Q1-2的E极被Q7-8的sziklai小环负反馈降低阻抗,属于设计的核心。

如今业界稳定共基/栅输入节点电压(=降低输入阻抗)的方法,【regulated cascode】较广泛流行。
两篇中文的资料介绍此结构:
http://rt2innocence.net/integrat ... type-of-gain-boost/
https://blog.eetop.cn/blog-1789212-6953552.html
关于此结构的英文资料数不胜数。随便能搜出几篇OA文献。
RGC.png (57.34 KB, 下载次数: 0)
RGC_TIA.png (131.16 KB, 下载次数: 0)


尽管regulated cascode一般被拿来做TIA,它低输入阻抗的特性可以也做一楼的“跨导器”
    俺的想法,还没仿真:
transconductor_idea.png (26.09 KB, 下载次数: 0)

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 楼主| 发表于 2024-11-1 14:41:55 | 显示全部楼层
你一提起来regulated cascode我想起来了,两年前读几个高校教师的paper时读到过好几次,感觉这个架构近年来挺流行的,估计应该是作为经典应用已被写入“模拟cmos集成电路设计”那本书里去了。
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发表于 2024-11-1 16:31:44 | 显示全部楼层
如果我时间不够,只读一本的话,我会选择The art of electronics。


这本书还有个 X 篇不知道量版读了没有,评价如何?
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发表于 2024-11-1 17:14:10 | 显示全部楼层

   看到过一个这个CA3080放大器,说是跨导放大器,规格书里也看不懂,量版看看是不是和您1楼说的功能差不多。。

CA3080运算跨导放大器.pdf (139.79 KB, 下载次数: 22)


  对这个跨导不理解是什么意思,以前也没接触过这种。


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 楼主| 发表于 2024-11-1 19:25:13 | 显示全部楼层
scoopydoo 发表于 2024-11-1 16:31
这本书还有个 X 篇不知道量版读了没有,评价如何?

我这个图就是从X篇摘出来的。不带X的书,我在我电脑里搜了一下,还没找到。我记得我下载了的。
从X篇里的一些引用和搬运可以窥见不带X的篇的质量,我感觉应该不错。
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 楼主| 发表于 2024-11-1 19:26:03 | 显示全部楼层
w2000 发表于 2024-11-1 17:14
看到过一个这个CA3080放大器,说是跨导放大器,规格书里也看不懂,量版看看是不是和您1楼说的功能差不 ...

差不多。都是输入电压输出电流。所谓跨导就是直观地,输出电流除以输入电压。
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 楼主| 发表于 2024-11-1 19:35:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 量子隧道 于 2024-11-2 00:00 编辑
量子隧道 发表于 2024-11-1 14:41
你一提起来regulated cascode我想起来了,两年前读几个高校教师的paper时读到过好几次,感觉这个架构近年来 ...


1楼的图,Q7,Q8对Q1,Q2起到了“动态卸载”的作用,Q1,Q2基本上工作在比较恒定的小电流状态,因此在做电流buffer时,从基极泄漏掉的电流影响极微。而贵贴3楼这个电路,恐怕从晶体管基极泄漏掉的电流就不可小觑了。可以考虑打个补丁,上下臂各加一个三极管,来实现基极分流的“可忽略”。

--------补:点错钮了。我上面的文字本来是用来回复3楼的,不小心点成回复4楼了。大家把这些文字当成我和三楼的讨论即可。
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发表于 2024-11-1 19:36:30 | 显示全部楼层
w2000 发表于 2024-11-1 17:14
看到过一个这个CA3080放大器,说是跨导放大器,规格书里也看不懂,量版看看是不是和您1楼说的功能差不 ...


假如输入端接电压源输出端接地,当输入小信号电压时,输出端对地具有小信号电流。
输出小信号电流除以输入小信号电压就是跨导。

CA3080的【运算跨导】的意思是它的开环跨导非常大,达到深度负反馈的门槛。外接合适的反馈环路CA3080便可执行模拟量运算。
以今天眼光看CA3080一级跨导,并不算高。但是1990年代这种芯片可风光

虽说CA3080可以闭环玩,但我心目中它最大的用处是开环做乘法。电路在intersil的应用笔记里有记载。

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发表于 2024-11-1 22:02:37 | 显示全部楼层
量子隧道 发表于 2024-11-1 19:25
我这个图就是从X篇摘出来的。不带X的书,我在我电脑里搜了一下,还没找到。我记得我下载了的。
从X篇里 ...

书多了也是个麻烦事儿,俺这里下载了一万多本书,看是肯定不会看了,找书也只能靠搜索了。

俺现在用这个图书管理软件 Calibre 还是不错的,没用过的话可以试试~
Screenshot 2024-11-02 005901.jpg

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发表于 2024-11-1 22:07:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 washu 于 2024-11-1 22:10 编辑
w2000 发表于 2024-11-1 17:14
看到过一个这个CA3080放大器,说是跨导放大器,规格书里也看不懂,量版看看是不是和您1楼说的功能差不 ...


跨导是电真空三极管、结型场效应管和摸死的重要参数,表征其放大能力。
*双极型晶体管也可以用跨导描述其放大能力但一般的我们用 hEF 表示

比如我们有下面一个摸死 IRF250,它的栅极电压从 4.7V 增大到 4.8V 时,漏极电流从 2.5A 增加到 3.25A,也就是说栅极电压变化 0.1V,漏极电流变化 0.75A,这个变化的比就叫跨导。
未标题-1gfs.png

跨导定义为

gm = ΔI/ΔU

由于 I/U 称之为电导(G),所以跨导也使用电导的单位,即西门子。上述变化依定义,就是 7.5S 也就是楼主说的,V->I 变换器:比如这个 IRF250 你输入 1V 的变化量,可得到 7.5A 变化量(仅对仿真中的这个 IRF250 在 Vgs= 4.7V~4.8V 有效,因为摸死的跨导不是恒定的,受 Vgs、Id 影响且个体差异颇大)。

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 楼主| 发表于 2024-11-2 08:56:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 量子隧道 于 2024-11-2 09:47 编辑
往事已去 发表于 2024-11-2 08:22
这么多中英混杂,用中文说不了吗?中文完全可以,并不是中文不行,中文可以说的更好。——不想打架:handsha ...


果然你又来了:)

不是我不想用中文。奈何中文在科技领域确实不适应现代社会思维方式。从古文就看得出来,缺乏逻辑,滥用比喻,以喻带证的情形到处都是。学多了真的会使人变傻。我说的是真的。当然学多了古文可能御人之术确实会有长进。这个我就不举例了。

稍微有点现代概念的中文词汇,很抱歉,大多数是从日文汉字挪用过来的,而且已经占据了现代常用汉字的半壁江山。就靠着这点文化输入,让我们好不容易跟上了点现代社会的尾巴。即使这样,仍然摆脱不了老祖宗思维的劣根性,例如:

OPAs for everyone,中文译本有,名字叫“运算放大器权威指南”。这个翻译从三方面是错的:
1,不符合原书名含义。原书名的意思是人人可得,人人可掌握,恰好不强调权威,强调人人平等,长个正常脑袋都能学会。书名比较低调,有点错误大家也能谅解不是。
2,权威这个词不能用在人类知识体系上,特别是对物的知识体系上。对物有客观评价标准,不需要人类权威。
3,OPAs for everyone书里第三版后确实有大量错误。译者估计心里权威心太重,翻译时不加思考,照本全翻,结果把本来不错的书变成了垃圾。果然是过于权威,最后不是被权威打败,就会被不信权威的外来力量打败。

所以,有此教训,那本The art of electronics,也有本中文翻译,叫“电子学”,很不出名,翻译的译者名字一长串,抱歉,我是不想看了。据我的经验,中文翻译过后质量要加个减号;如果译者有一大串,那么质量要加两个减号。

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