电路构想/线性模式电流反相 NIC

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研究电流反相负阻抗转换器的线性模式

电路构想： 使负反馈占主导地位，而不是正反馈。

简介

线性模式工作的 INIC 的含义

为了制造电流驱动的负电阻，我们产生了与流过它的电流成正比的电压。现在，为了制造电压驱动的负电阻，我们必须做相反的事情——产生与它两端的电压成正比的电流。电流反相负阻抗转换器 (INIC) 是这种具有 N 形 IV 曲线的真实负电阻的运放实现。该复合电路由两个组件组成（图 1b）：一个“正”电阻 R 和一个增益为 2 的非反相放大器，它放大输入电压。该放大器由运放 OA 和两个相等电阻 R1 = R2 = R 实现，它们构成一个比例为 0.5 的分压器（参见下面的“b”图）。整个电路充当“辅助”电流源，它通过电阻 R 向输入电路注入电流 I_OUT，并试图提高其电压。因此，输出电压影响输入电压（这种奇妙的现象被称为正反馈）。整个运放电路表现为一个电流源，产生一个电流 I_OUT，该电流相当于流过相应“正”电阻 R 的电流 (I_OUT = V_IN/R)。运放就好像将“正”电阻 R 转换为负 -R；这就是为什么这种电路被称为负阻抗转换器。由于流过电路的电流方向与流过初始“正”电阻 R 的电流方向相反，因此它被称为电流反相负阻抗转换器。

如何研究 INIC 的线性模式

INIC 与 VNIC 一样，是一个双端电路；因此，为了了解它的工作原理，我们必须测量它的 IV 曲线。为此，我们必须在电路两端施加一个变化的输入电压（恒压源是线性模式工作的 INIC 的理想输入源），并测量流过其端子的输出电流。在 IV 曲线上有四个代表对应三个电路状态的典型电路工作点。对于每一个工作点，我们都可以画出相应的局部 IV 曲线图（从起点到电流点）以及代表当前状态的相应电路图。我们用扩展名“a”标记第一组图片并将其放置在左侧；相应地，用扩展名“b”标记第二组图片并将其放置在右侧。由于本文的目的是揭示这种奇特电路解决方案背后的基本思想，而不是计算它的参数，因此采用了定性的启发式方法。

在理想驱动条件下研究电路

线性模式工作的 INIC 的理想输入源是恒压源 (CVS)。如果我们对 INIC 施加负电压（图 2a），输入电压源会将电阻 R 的下端（连接到非反相输入端）“下拉”到地。运放降低其输出电压，试图恢复平衡（它将电阻 R 的上端“下拉”到负电源轨）。

左正阻抗区域

负输入电压，负输出电流

从初始点 0 到点 1（图 2a），我们对 INIC 施加了足够高的负电压 |V_IN| > |V_SAT-|，使得非反相输入端的电压比反相输入端的电压更负。结果，运放处于负饱和状态。该电路具有正阻抗；它表现为一个具有恒定电压 V_SAT- 和内部电阻 R 的真实电压源（参见图 2b 左侧的等效电路）。它在图 2a 上用一条线性 IV 曲线表示（从点 0 到点 1 的部分）。

负输入电压，零输出电流

在点 1（图 3a），我们对 INIC 应用一个相对适中的负电压 |V_IN| > |V_SAT-|，使得非反相输入的电压比反相输入的电压更负。结果，运算放大器继续保持在负饱和状态。电路具有正电阻；它继续表现为一个真正的电压源。

负输入电压，正输出电流

从点 1 到点 2（图 4a），我们对 INIC 应用一个适中的负电压 |V_SAT-|/2 < |V_IN| < |V_SAT-|，使得非反相输入的电压保持比反相输入的电压更负。结果，运算放大器继续保持在负饱和状态。电路具有正电阻；它继续表现为一个真正的电压源。

中间负电阻区域

负输入电压，正输出电流

负电阻的“魔力”从点 2 开始。从点 2 到点 3（图 3b），我们从 INIC（图 3a）应用一个低电压 |V_IN| < |V_SAT-|/2。运算放大器脱离饱和状态并开始在活动区域工作。非反相输入的电压几乎等于反相输入的电压。输入电压持续下降，输出电流也下降。结果，运算放大器的 IV 曲线向右移动，交叉工作点沿代表负电阻的新动态 IV 曲线滑动。注意它不是真实的 IV 曲线；它是一个人造的、想象的 IV 曲线，具有负斜率并穿过坐标系的原点。整个电路表现为一个“帮助”动态电流源，它与公共负载并联连接，并且与输入电流源的方向相同。

零输入电压，零输出电流

在点 3，没有输入电压，运算放大器产生零输出电压。整个电路表现为一个电阻 R。在图形表示中，运算放大器的 IV 曲线穿过原点。

正输入电压，负输出电流

从点 3 到点 4（图 4b），我们开始对 INIC 应用低正电压 V_IN < V_SAT+/2。运算放大器继续在活动区域工作，反相输入的电压几乎等于非反相输入的电压。输入电压持续增加，输出电流也增加。运算放大器的 IV 曲线继续向右移动，交叉工作点继续沿着负电阻 IV 曲线滑动。整个电路继续表现为一个“帮助”动态电流源，它与公共负载并联连接，并且与输入电流源的方向相同。

右正电阻区域

正输入电压，负输出电流

从点 4 到点 5（图 8a），我们对 INIC 应用一个适中的正电压 V_SAT+|/2 < V_IN| < V_SAT+，使得非反相输入的电压保持比反相输入的电压更正。结果，运算放大器继续保持在正饱和状态。电路具有正电阻；它继续表现为一个真正的电压源。

正输入电压，零输出电流

在点 5（图 9a），我们对 INIC 应用一个相对适中的正电压 V_IN = V_SAT-，使得非反相输入的电压保持比反相输入的电压更正（图 9b）。结果，运算放大器继续保持在正饱和状态。电路具有正电阻；它继续表现为一个真正的电压源。

正输入电压，正输出电流

从点 5 到点 6（图 10a），我们对 INIC 应用高正电压 V_IN > V_SAT+。由于非反相输入的电压比反相输入的电压更正，运算放大器保持在正饱和状态。电路具有正电阻；它表现为一个具有恒定电压 _VSAT+ 和内部电阻 R 的真实电压源（参见图 10b 左侧的等效电路）。它在图 10b 上用线性 IV 曲线表示（从点 5 到点 6 的部分）。