Transportoare de curent (Current Conveyor)

Un transportor de curent (CC) este un circuit ce are patru (sau cinci) terminale si care impreuna cu alte componente electronice conectate in configuratii specifice poate indeplinii multe functii in procesarea semnalelor analogice. Transportoarele de curent ofera cateva avantaje fata de operationalele clasice si anume [TOU90], [PAL99]:

(1) un castig de palier ridicat si o banda de frecvente ridicata atat in conditii de semnal mare cat si in conditii de semnal mic, deci un produs amplificare-banda ridicat;

(2) pot fi folosite cu succes in instrumentatie pentru ca performantele lor nu depind in mod critic de imperecherea componentelor externe ci numai de valoarea absoluta a unei singure componente externe.

1. Prima generatie de transportoare de curent (CC I)

Simbolul unui transportor de curent din prima generatie este prezentat in figura 3.58. 

Daca se aplica o tensiune pe terminalul Y, un potential egal apare la terminalul X. In mod similar, daca un curent I este injectat in terminalul X, va aparea un curent egal prin terminalul Y. De asemenea, acest curent va fi transferat si la terminalul de iesire. Terminalul Z are caracteristicile unei surse de curent si anume o impedanta de iesire foarte ridicata. Potentialul bornei X, fiind egal cu cel al bornei Y, este independent de curentul ce se injecteaza in terminalul X. Similar, curentul prin terminalul Y, fiind fixat de curentul prin terminalul X, este independent de potentialul intrarii Y.

Reprezentarea simbolica a unei astfel de comportari este prezentata in figura 3.59. Nulatorul, care este o componenta ideala de circuit caracterizata printr-un curent  nul si printr-o tensiune nula la bornele sale, simbolizeaza scurtcircuitul virtual intre terminalele X si Y. Noratorul, care este de asemenea o componenta ideala de circuit caracterizata printr-o relatie arbitrara intre tensiune si curent, simbolizeaza comportarea intrarii X.

Reprezentarea matematica a unei astfel de comportari este:

                                                                                    (3.165)

in care variabilele reprezinta componentele instantanee totale.

Atunci cand ambii curenti i_X si i_Y intra in transportor, acesta se noteaza cu , iar cand ambii curenti i_X si i_Y ies din transportor, acesta se noteaza cu .

Arhitectura tipica a unui transportor de curent din prima generatie este prezentata in figura 3.60. Bineinteles ca arhitectura se poate implementa si in tehnologie MOS. Pentru a se indeplini cat mai bine relatia , atunci cand transportorul este implementat in tehnologie bipolara, trebuie folosite oglinzi cu factor de eroare redus in raport cu factorul de amplificare in curent direct β_F. Sensul curentului de iesire se poate schimba simplu prin utilizarea unei oglinzi de curent aditionale. Conectand doua CC I complementare se obtine un circuit clasa AB capabil de operatii bipolare (vezi figura 5.61).

Figura 3.59. Reprezentarea simbolica a principiului CC I

Figura 3.60. Arhitectura tipica a unui CC I

Figura 3.61. Transportor de curent din prima generatie clasa AB

O aplicatie specifica a acestui tip de circuit este convertorul de impedanta negativa. In figura 3.62 sunt prezentate doua modalitati de realizare a unui convertor de impedanta negativa. Referitor la schema prezentata in figura 3.62.a  se pot preciza urmatoarele. Aplicand o tensiune v_Y la borna Y a transportorului, o tensiune egala va aparea la borna X. Aceasta tensiune va determina aparitia unui curent prin rezistenta R:

,                                                                                                        (3.166)

curent ce va fi transportat la borna Y.

Figura 3.62. Convertoare de impedanta negativa

In consecinta, impedanta vazuta la borna Y a transportorului va fi:

                                                                       (3.167)

2. A doua generatie de transportoare de curent (CC II)

In scopul cresterii versatilitatii transportoarelor de curent, a fost conceputa o a doua versiune in care curentul prin terminalul Y este aproximativ nul. Simbolul si modelul principial al unui convertor de curent din a doua generatie este prezentat in figura 3.63. Reprezentarea matematica a unei astfel de comportari este:

                                                                                    (3.168)

in care variabilele reprezinta componentele instantanee totale.

Terminalul Y are o impedanta de intrare foarte mare, ideal infinita. Tensiunea la borna X o repeta pe cea aplicata la borna Y. Impedanta de intrare a terminalului X este foarte mica, ideal nula. Curentul terminalului X este transportat la terminalul de inalta impedanta Z. Curentul i_Z poate fi sa intre in transportor, caz in care transportorul se noteaza cu CC II +, sau sa iasa din transportor, caz in care transportorul se noteaza cu CC II −. Arhitecturile tipice ale transportoarelor de curent de a doua generatie sunt prezentate in figura 3.64.

Figura 3.63. Simbolul si modelul principial al unui CC II

Figura 3.64. Arhitecturi tipice ale CC II

Aplicatiile transportoarelor de curent in sinteza retelelor liniare sunt sumate succint in tabelul 3.2. Aplicatiile transportoarelor de curent in procesarea semnalului analogic sunt prezentate succint in tabelul 3.3.

 

Tabelul 3.2 Aplicatiile CC in sinteza retelelor active

Tabelul 3.3 Aplicatiile CC in domeniul calculului analogic

Tip circuit	Operatie	Schema
Amplificator de curent
Diferentiator de curent
Integrator de curent
Sumator de curent
Sumator de curent ponderat