電路構想/線性模式電流反相 NIC

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研究電流反相負阻抗轉換器的線性模式

電路構想： 使負反饋占主導地位，而不是正反饋。

簡介

線性模式工作的 INIC 的含義

為了製造電流驅動的負電阻，我們產生了與流過它的電流成正比的電壓。現在，為了製造電壓驅動的負電阻，我們必須做相反的事情——產生與它兩端的電壓成正比的電流。電流反相負阻抗轉換器 (INIC) 是這種具有 N 形 IV 曲線的真實負電阻的運放實現。該複合電路由兩個元件組成（圖 1b）：一個“正”電阻 R 和一個增益為 2 的非反相放大器，它放大輸入電壓。該放大器由運放 OA 和兩個相等電阻 R1 = R2 = R 實現，它們構成一個比例為 0.5 的分壓器（參見下面的“b”圖）。整個電路充當“輔助”電流源，它透過電阻 R 向輸入電路注入電流 I_OUT，並試圖提高其電壓。因此，輸出電壓影響輸入電壓（這種奇妙的現象被稱為正反饋）。整個運放電路表現為一個電流源，產生一個電流 I_OUT，該電流相當於流過相應“正”電阻 R 的電流 (I_OUT = V_IN/R)。運放就好像將“正”電阻 R 轉換為負 -R；這就是為什麼這種電路被稱為負阻抗轉換器。由於流過電路的電流方向與流過初始“正”電阻 R 的電流方向相反，因此它被稱為電流反相負阻抗轉換器。

如何研究 INIC 的線性模式

INIC 與 VNIC 一樣，是一個雙端電路；因此，為了瞭解它的工作原理，我們必須測量它的 IV 曲線。為此，我們必須在電路兩端施加一個變化的輸入電壓（恆壓源是線性模式工作的 INIC 的理想輸入源），並測量流過其端子的輸出電流。在 IV 曲線上有四個代表對應三個電路狀態的典型電路工作點。對於每一個工作點，我們都可以畫出相應的區域性 IV 曲線圖（從起點到電流點）以及代表當前狀態的相應電路圖。我們用副檔名“a”標記第一組圖片並將其放置在左側；相應地，用副檔名“b”標記第二組圖片並將其放置在右側。由於本文的目的是揭示這種奇特電路解決方案背後的基本思想，而不是計算它的引數，因此採用了定性的啟發式方法。

在理想驅動條件下研究電路

線性模式工作的 INIC 的理想輸入源是恆壓源 (CVS)。如果我們對 INIC 施加負電壓（圖 2a），輸入電壓源會將電阻 R 的下端（連線到非反相輸入端）“下拉”到地。運放降低其輸出電壓，試圖恢復平衡（它將電阻 R 的上端“下拉”到負電源軌）。

左正阻抗區域

負輸入電壓，負輸出電流

從初始點 0 到點 1（圖 2a），我們對 INIC 施加了足夠高的負電壓 |V_IN| > |V_SAT-|，使得非反相輸入端的電壓比反相輸入端的電壓更負。結果，運放處於負飽和狀態。該電路具有正阻抗；它表現為一個具有恆定電壓 V_SAT- 和內部電阻 R 的真實電壓源（參見圖 2b 左側的等效電路）。它在圖 2a 上用一條線性 IV 曲線表示（從點 0 到點 1 的部分）。

負輸入電壓，零輸出電流

在點 1（圖 3a），我們對 INIC 應用一個相對適中的負電壓 |V_IN| > |V_SAT-|，使得非反相輸入的電壓比反相輸入的電壓更負。結果，運算放大器繼續保持在負飽和狀態。電路具有正電阻；它繼續表現為一個真正的電壓源。

負輸入電壓，正輸出電流

從點 1 到點 2（圖 4a），我們對 INIC 應用一個適中的負電壓 |V_SAT-|/2 < |V_IN| < |V_SAT-|，使得非反相輸入的電壓保持比反相輸入的電壓更負。結果，運算放大器繼續保持在負飽和狀態。電路具有正電阻；它繼續表現為一個真正的電壓源。

中間負電阻區域

負輸入電壓，正輸出電流

負電阻的“魔力”從點 2 開始。從點 2 到點 3（圖 3b），我們從 INIC（圖 3a）應用一個低電壓 |V_IN| < |V_SAT-|/2。運算放大器脫離飽和狀態並開始在活動區域工作。非反相輸入的電壓幾乎等於反相輸入的電壓。輸入電壓持續下降，輸出電流也下降。結果，運算放大器的 IV 曲線向右移動，交叉工作點沿代表負電阻的新動態 IV 曲線滑動。注意它不是真實的 IV 曲線；它是一個人造的、想象的 IV 曲線，具有負斜率並穿過座標系的原點。整個電路表現為一個“幫助”動態電流源，它與公共負載並聯連線，並且與輸入電流源的方向相同。

零輸入電壓，零輸出電流

在點 3，沒有輸入電壓，運算放大器產生零輸出電壓。整個電路表現為一個電阻 R。在圖形表示中，運算放大器的 IV 曲線穿過原點。

正輸入電壓，負輸出電流

從點 3 到點 4（圖 4b），我們開始對 INIC 應用低正電壓 V_IN < V_SAT+/2。運算放大器繼續在活動區域工作，反相輸入的電壓幾乎等於非反相輸入的電壓。輸入電壓持續增加，輸出電流也增加。運算放大器的 IV 曲線繼續向右移動，交叉工作點繼續沿著負電阻 IV 曲線滑動。整個電路繼續表現為一個“幫助”動態電流源，它與公共負載並聯連線，並且與輸入電流源的方向相同。

右正電阻區域

正輸入電壓，負輸出電流

從點 4 到點 5（圖 8a），我們對 INIC 應用一個適中的正電壓 V_SAT+|/2 < V_IN| < V_SAT+，使得非反相輸入的電壓保持比反相輸入的電壓更正。結果，運算放大器繼續保持在正飽和狀態。電路具有正電阻；它繼續表現為一個真正的電壓源。

正輸入電壓，零輸出電流

在點 5（圖 9a），我們對 INIC 應用一個相對適中的正電壓 V_IN = V_SAT-，使得非反相輸入的電壓保持比反相輸入的電壓更正（圖 9b）。結果，運算放大器繼續保持在正飽和狀態。電路具有正電阻；它繼續表現為一個真正的電壓源。

正輸入電壓，正輸出電流

從點 5 到點 6（圖 10a），我們對 INIC 應用高正電壓 V_IN > V_SAT+。由於非反相輸入的電壓比反相輸入的電壓更正，運算放大器保持在正飽和狀態。電路具有正電阻；它表現為一個具有恆定電壓 _VSAT+ 和內部電阻 R 的真實電壓源（參見圖 10b 左側的等效電路）。它在圖 10b 上用線性 IV 曲線表示（從點 5 到點 6 的部分）。