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1、2004年3月渝西学院学报(自然科学版)Mar1,2004第3卷 第1期JournalofWesternChongqingUniversity(NatureSciencesEdition)Vol13No11X模拟电容与电感及其仿真分析朱家富(渝西学院 物理学与电子信息工程系,重庆 永川 402168)[摘 要]模拟电容与模拟电感在集成电路中得到了广泛的应用1本文引入模拟电容与模拟电感模型,对两模型电路作了详细的时频分析和EWB(ElectronicsWorkbench)软件仿真分析1以五阶Butter
2、worth滤波器电路为例,通过对滤波器电路及其仿真电感替换电路的仿真对比分析,进一步验证了仿真电感模型的电感特性1[关键词]阻抗变换器;模拟电容;模拟电感;EWB;仿真分析[中图分类号]TN43112[文献标识码]A[文章编号]1671—7538(2004)01—0014—051 引言在现代电子技术中,电路的集成化程度越来越高,而由于传统的电容与电感都存在量值与体积之间的矛盾,对它们的集成一直是使集成电路进一步微型化的难题.在现代集成电路中,都普遍采用模拟电容和模拟电感来替代传统的电容与电感的方法,以
3、解决传统电容与电感在量值与体积间的矛盾,更进一步提高集成电路的集成度1所谓模拟电容和模拟电感,就是通过运算放大器的回馈作用,利用较小的电容或电感来实现较大的电感或电容的倍增电路或者相互转化电路,可以实现电容或电感量值的转变或者元件性质的转换1通常,利用通用阻抗变换电路可以实现这一功能12 通用阻抗变换电路如图1所示的电路为通用阻抗变换电路,利用该电路可以方便地实现较小电容或电感的量值的倍增或者电路阻抗性质的相互转化1对于通用阻抗变换电路,引用理想运算放大器的虚短和虚断概念,利用网络求解方法可以很方便地
4、得到该网络的输入阻抗为:V(S)Z1Z3Z5Zin==.(1)I(S)Z2Z4图1 通用阻抗变换电路由式(1)知道,图1网络的阻抗特性完全由网络中的阻抗元件Z1～Z5的性质决定,Z1～Z5取不同的值,即采用不同性质的元件,整个网络对外将显示出不同的阻抗特性1X[收稿日期]2003—09—12[作者简介]朱家富(1969-),男,重庆万州人,讲师,在读硕士生,主要从事电路、信号与系统方面的研究1143 模拟电容与模拟电感模型对于如图1的通用阻抗变换电路,假如Z1、Z3和Z5中其一为电容,其余全部为电阻,
5、则网络等效为一个电容,可以实现电容容值的倍增,这就是模拟电容模型.其原理如图2所示.图2 模拟电容原理图1设Z1=,Z2=R2,Z3=R3,Z4=R4,Z5=R5,则(1)式可以写为:SC1R3R511Zin===1(2)SC1R2R4R2R4S(kC1)S()C1R3R5上式说明,网络具有电容特性,其容值的大小为:R2R4Ceq=kC1(k=)1(3)R3R5(2)式和(3)式说明,该网络可以实现电容的倍增,倍增系数k可以通过改变电阻R2～R5的数值的大小来改变1图3 模拟电感原理图同样,在通用阻抗
6、变换电路中,假如Z2和Z4中其一为电容,其余全部为电阻,则网络等效为一个电感,可以实现网络从电容到电感的转换,这就是模拟电感模型1其原理如图3所示.1设Z1=R1,Z2=,Z3=R3,Z4=R4,Z5=R5,则(1)式可以写为:SC2R1R3R5R1R3R5Zin==S(C2)=SLeq.(4)1R4R4SC2R1C2R3R5Leq=.(5)R4从上两式可以看出,在这种情况下可以实现从电容到电感的转换,其比例系数的大小也可以通过调整网络中元件的参数来改变14 电路的仿真与对比分析4.1 模型电路的仿真
7、分析对于本节的两个模型电路的仿真,我们都采用如图4的连接示意图进行仿真1图中的ICC(Imped215anceConvertingCircuit)代表通用阻抗变换电路1如图2所示的模拟电容电路中,确定电路参数C1=1μF,R2=10KΩ,R3=R4=R5=1KΩ1由(3)式知Ceq=10μF,用该实际的模拟电容电路替换图4中的ICC电路部分,则此时图4的传递函数为:νÛout1H(jω)==.(6)νÛin1+0101jω图4 仿真电路连接示意图图5 模拟电容频率特性仿真曲线而此时用EWB软件对图4电
8、路进行仿真,所得到的幅频和相频特性曲线如图5所示1该曲线与(6)的结果完全一致1同样,在如图3所示的模拟电感电路中,确定电路参数,R1=R3=R4=R5=1KΩ,C2=1μF.由(5)式知Leq=1H,则用该实际的模拟电感电路替换图4中的ICC电路部分,则此时图4的传递函数为:νÛout1H(jω)==1(7)νÛin10001-jω仍然用EWB软件对此时的图4电路进行仿真,所得到的幅频和相频特性曲线如图6(见下页)所示.该曲线与(7)式所表达的结果也完
