100db二级运放的设计
高增益二级运放的设计
重庆邮电大学重庆国际半导体学院年级：2011级
班级：1611101
姓名：王强
引言
相对与数字集成电路的规律性和离散性，计算机辅助设计方法学在给定所需功能行为描述的数字系统设计自动化方面已经非常成功。但这并不适用于模拟电路设计。一般来说，模拟电路设计仍然需要手工进行。因此，仔细研究模拟电路的设计过程，熟悉那些提高设计效率、增加设计成功机会的原则是非常必要的。
运算放大器（简称运放）是许多模拟系统和混合信号系统中的一个完整部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。伴随者每一代CMOS 工艺，由于电源电压和晶体管沟道长度的减小，为运放的设计不断提出复杂的课题。
运算放大器的设计可以分为两个较为独立的两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。一般来说，决定好了电路结构以后，便不会更改了，除非有些性能要求必须通过改变电路结构来实现。
一旦结构确定，接着就要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电路等等，这个步骤包含了电路设计的绝大部分工作。为了满足运放的交流和直流要求，所有管子都应被设计出合适的尺寸。然后在手工计算的基础上，运用计算机模拟电路可以极大的方便对电路进行调试和修改。但要记住，手算是绝对必需的！通过手算，可以深入的理解电路，对于设计多边形法则也可以更好进行权衡和把握。
电路分析
图1.1
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7M8M9
M10
M11M12Vin+
Vin-Vout
Vin1Iss
GND
VDD
电路结构
最基本的CMOS 二级米勒补偿运算放大器的结构如图1.1所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。
电路描述
输入级放大电路由M 1～M 8组成。M 1和M 2组成NMOS 差分输入对， 差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰。
输出级放大电路由M 9、M 10组成。M 9为共源放大器，M 10为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由R 和C C 构成，与电容C C 一起跨接在第二级输入与第一级输出之间，构成RC 密勒补偿。
静态特性
暂时不考虑电阻R ，绘出电路的等效模型，如图1.2所示。
图1.2
由于第一级差分输入对管M 1 、M 2 相同，可以得到：
112m G gm gm ==
(1)
R 1表示第一级输出电阻，其值可以表示为：
1113557||m o o m o o R g r r g r r =
(2)
则第一级的电压增益为：
()1111113557||V m m m o o m o o A G R g g r r g r r == (3)
对第二级有：
29m G gm =
(4) 2910||o o R r r =
(5)
()2229910||V m m o o A G R g r r ==
(6)
()()12112211135579910||||V V V m m m m o o m o o m o o A A A G R G R g g r r g r r g r r === (7)
`
``
+-V in1
+-V in2+-
V out G m1V in1
G m2V in2
R 1
R 2
C 1
C 2
C C
频率特性
在图1.2所示的等效电路中，C 1为第一级输出节点到地的总电容，C 2为第二级输出节点到地的总电容，运用KCL 得到：
()2
111221
0i m i i C i out V G V SC V SC V V R +
++-= (8)
()22222
0out
m i out C out i V G V SC V SC V V R +
++-=
(9)
联立以上两式(8)、(9)可得如下表达式：
()1212
211m m C out in G G SC R R V V aS bS -=++ (10)
其中a 有以下表达式决定：
()121212C a C C C G C R R =++????
(11) ()112221212C m b C R C R C G R R R R =++++
(12)
有式(10)可得：
()11122212121
C m C R C R C G R R R R ω=
++++
(13)
()
()1122212122121212
C m C C R C R C G R R R R C C C G C R R ++++ω=
++???? (14)
由经验可得，C 1通常远远小于C C ,且G m2R 2也远远大于1，则式(14)可以化简为：
11221
m C R R G C ω=
(15)
221212m C
C C G C C C C C C C ω=
++
(16)
比较式(15)、(16)可得ω1为主极点，ω2为次极点。若在单位增益带宽内只有一个极点，其值可以由运放的开环直流增益与3dB 带宽的乘积得到。
11111221221
2222V m m m m C C C A G gm GBW G R G R R R G C C C ω=
===ππππ
(17)
由2D
GS TH I gm V V =
-可将式(17)化为
()D
C GS TH I GBW C V V =
π-
(18)
其中V GS-V TH=V on,由式(17)、(18)可以推测要增大GBW需增大I D或者减小V on。
图1.3NMOS gm/I D特性曲线
图1.4PMOS gm/I D特性曲线
von=0.1 von=0.2
von=0.3
von=0.4
von=0.1
von=0.2
von=0.3
von=0.4
静态偏置
根据运放要求低频增益大于100dB ，单位增益带宽大于10KHz ，相位裕度大于45度。
低频增益
低频增益=20logA V ，由此可以得到A V ≥100000。由式(7)可得到：
()()11135579910||||100000V m m o o m o o m o o A g g r r g r r g r r =≥
(19)
查表可得到
取M 1~M 8的阈值电压为0.2V ，M 9的阈值电压取为0.25V ，考虑寄生电容的影响，取L=1.2u ，查表得
gm 1/I D ≈9.5 gm 5/I D ≈8.5 gm 9/I D ≈6.5 V E1≈15
共模输入范围
共模输入范围即使放大器第一级所有MOS 晶体管处于饱和区的共模输入电压范围。由图1.1可以得到共模输入范围
()()11135579910||||100000V m m o o m o o m o o A g g r r g r r g r r =≥
(20)
取V in+=V in-=1.3V ，第二级放大器输入电压V 2=1.7V 。 输出摆幅
输出摆幅即使所有晶体管都工作在饱和区时的输出电压的范围。由图1.1可得输出摆幅为：
V on10≤V out ≤V DD -V on9 (21)
CADENCE 仿真验证
图1.7CADENCE电路图
瞬态仿真曲线
图1.8输出摆幅仿真曲线
由图1.8输出摆幅仿真曲线可以得到输出摆幅为0.2～2.6V，满足要求。
交流仿真
图1.10交流仿真波特图
由图1.10可以得出，低频增益为100.6dB，3dB带宽为11.07KHz，GBW为
90.13MHz。低频增益和GBW满足设计要求。
图1.11没有进行米勒补偿前的波特图
从图1.11得到相位裕度不满足设计要求，需要进行频率补偿。本文采用米勒补偿技术。
图1.12采用米勒补偿后的频率特性
进行米勒补偿后的波特图如图1.12所示，低频增益为100.6dB，3dB带宽为233Hz，单位增益带宽为23.94MHz大于10MHz，相位裕度为57度大于45度，满足设计要求。
版图绘制版图验证
CMOS二级运算放大器设计
CMOS二级运算放大器设计 （东南大学集成电路学院） 一．运算放大器概述 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。 它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。 二．设计目标 1.电路结构 最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 图两级运放电路图 2.电路描述 电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。M6 提供给M7 的工作电流。M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。相位补偿电路由M14和Cc构成。M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。 3.设计指标 两级运放的相关设计指标如表1。
表1 两级运放设计指标 三．电路设计 第一级的电压增益： )||(422111o o m m r r g R G A == 第二级电压增益： )||(766222o o m m r r g R G A =-= 所以直流开环电压增益： )||)(||(76426221o o o o m m o r r r r g g A A A -== 单位增益带宽： c m O C g A GBW π2f 1 d == 偏置电流： 2 13 122121)/()/()/(2??? ? ??-=L W L W R L W KP I B n B 根据系统失调电压： 7 5 6463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W == 转换速率： ? ?? ???-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min 相位补偿： 12.1)/()/()/()/(1 61311 146 6+== m m m C g g L W L W L W L W g R
运放的应用实例和设计指南
1.1运放的典型设计和应用 1.1.1运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用 图电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计
如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为时，电阻R30为Ωk ,电流恒定输出。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。
集成运放电路的设计
一设计目的 1.集成运算放大电路当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反 馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系，在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。 2.本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序，通过输入 不同类型与幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证，并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计，并最终实现PCB版图形式。二设计工具：计算机，Mulitisim，Protel软件 三设计任务及步骤要求 1)通过Mulitisim编写程序运算放大电路仿真程序，通过输入不同类型与 幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证。输入电压波形可以任意选取，并且可对输入波形的运算进行实时显示，并进行比较； 2)对设计完成的运算放大电路功能验证无误后，通过Protel软件对首先对电 路进行原理图SCH设计，要求：所有运算放大电路在一张原理图上； 输入输出信号需预留接口； 3)设计完成原理图SCH后，利用Protel软件设计完成印制板图PCB，要求：至 少为双层PCB板； 四设计内容 1集成运算放大器放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。 2集成运放芯片的选取和介绍 由于LM324具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，而本次电子设计实验对精度要求不是非常高,LM324完全满足要求,因此我们这里选用LM 324作为运放元件 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图。 3运放电路基本原理及其Mulitisim仿真 3.1．同相比例运放电路
CMOS 两级运放设计
CMOS 两级运放的设计 1设计指标 在电源电压0-5V,采用0.5um上华CMOS工艺。完成以下指标： 2电路分析 2.1 电路图 2.2电路原理分析
两级运算放大器的电路结构如图1.1所示，偏置电路由理想电流源和M8组成。M8将电流源提供的电流转换为电压，M8和M5组成电流镜，M5将电压信号转换为电流信号。输入级放大电路由 M1～M5 组成。M1 和M2 组成PMOS 差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3、M4 电流镜为有源负载，将差模电流恢复为差模电压。；M5 为第一级提供恒定偏置电流，流过M1，2的电流与流过M3,4的电流 1,23,45/2 d d d I I I ==。输出级放大电路 由M6、M7 组成。M6 将差分电压信号转换为电流，而M7 再将此电流信号转换为电压输出。M6 为共源放大器，M7 为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由Cc 构成，构成密勒补偿。 3 性能指标分析 3.1 直流分析 由于第一级差分输入对管M1和M2相同，有 第一级差分放大器的电压增益为： 1 124m v ds ds g A g g -= + 第二极共源放大器的电压增益为 6 267 m v ds ds g A g g -= + 所以二级放大器的总的电压增益为 1626 1224675246672()()m m m m v v v ds ds ds ds g g g g A A A g g g g I I λλλλ=== ++++ 3.2频率特性分析 设1C 为第一级输出节点到地的总电容，有 1 2 2446GD DB GD DB GS C C C C C C =++++ 设2C 表示第二级输出节点与地之间的总电容，有 2 6 77DB DB GD L C C C C C =+++
运算放大器的电路仿真设计
运算放大器的电路仿真设计 一、电路课程设计目的 错误!深入理解运算放大器电路模型,了解典型运算放大器的功能,并仿真实现它的功能; 错误!掌握理想运算放大器的特点及分析方法(主要运用节点电压法分析）； ○3熟悉掌握Muｌtisiｍ软件。 二、实验原理说明 （1）运算放大器是一种体积很小的集成电路元件,它包括输入端和输出端。它的类型包括:反向比例放大器、加法器、积分器、微分器、电 压跟随器、电源变换器等. （2） (３)理想运放的特点:根据理想运放的特点,可以得到两条原则： (a）“虚断”:由于理想运放,故输入端口的电流约为零，可近似视为断路,称为“虚断”。 （b)“虚短”:由于理想运放Ａ,，即两输入端间电压约为零,可近似视为短路,称为“虚短”. 已知下图，求输出电压。
理论分析: 由题意可得:(列节点方程) 011(1)822A U U +-= 0111 ()0422 B U U +-= A B U U = 解得: 三、 电路设计内容与步骤 如上图所示设计仿真电路. 仿真电路图：
V18mV R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 0.016 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 0.011 V + - 根据电压表的读数,， 与理论结果相同． 但在试验中，要注意把电压调成毫伏级别，否则结果误差会很大, 致结果没有任何意义。如图所示,电压单位为伏时的仿真结 果:V18 V R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 6.458 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 4.305 V + - ，与理论结果相差甚远。 四、 实验注意事项 1)注意仿真中的运算放大器一般是上正下负,而我们常见的运放是上负下正,在仿真过程中要注意。
运放的应用实例和设计指南
1.1 运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图5.2 有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用
图5.3 电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。
运算放大器。ic设计
IC课程设计论文题目：运算放大器电路的设计
2012/1/5 摘要 本次课程设计主要内容为：利用MOS管设计一个运算放大器。放大器具有放大小信号并抑制共模信号的功能。首先从放大器理论参数及结构下手，然后经过Hspice网表的生成及仿真调整最后得到满足参数要求的MOS管设定。 关键词：运算放大器，共模电压，电压摆幅，功耗电流 Hspice仿真，增益带宽
ABSTRACT The main content of course design for: use the design a MOS operational amplifier. Amplifier has put size and control signal common mode signal function. Starting from the first amplifier parameters and structure theory laid a hand on him, and then after the formation of the Hspice nets table and adjust the final simulation parameters of the requirements to meet the MOS set. K eywords: operational amplifier ，common-mode voltage ，voltage swing current consumption ，Hspice simulation ，Gain bandwidth
基本运算放大器电路设计
基本运算放大器电路设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
武汉理工大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：**
创新实验项目报告书 实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14 姓名** 专业电子信息工程 一、实验目的（详细指明输入输出） 1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计 2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差 不大于5% 3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2. 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。 我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。 由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行 2.5V 的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V 的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。
运放的应用实例和设计指南
1.1运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、 有源滤波器、 振荡器及电压比较器。 1）运放在有源滤波中的应用 图5.2有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦 -凯 电路，是巴特沃兹电路的一种） 让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将 R233和R230的阻值选一 致，C50和C201的容量大小选取一致（两级 RC 电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路） ，这 样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻 R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 2）运放在电压比较器中的应用 。有源滤波的好处是可以 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 +5VA +3.3V
图5.3电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器 LM393，将其转化为同频率的方波 信号（存在反相，让软件处理一下就可以） ，该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273 ）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是 R275，R275决定了方波的上升速度。 3）恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下: U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故 V1 V4； 由运算放大器的虚短原理，对于运放 U4A （上图中上边的运放）有： V3 V5； 而 V5 Vref-V4?R20R 20 R 21 V 4 ； 有以上等式组合运算得： V2 V1 Vref 当参考电压 Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6 k ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是： 所有的电阻都需要采用高精度 电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的 好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短 路时，不至于对恒流源电路造成损坏。 V3 V2 - 0 ? R 19 /R18 R 19 0; use TLC2272AIO
集成运算放大器
成绩评定表
课程设计任务书
摘要 本设计是根据要求进行的集成运算放大器的设计，用Protel软件设计实验电路，并绘制出PCB电路板，根据电路图对设计进行制作，最后进行调试测试。通过对Protel软件的学习与应用，加深对相关原理的理解，并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力，为后续相关课程和相关软件的学习与应用打下坚实的基础。并根据通信电子线路所学的知识，掌握电路设计，熟悉电路的制作，运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练，从而培养独立分析问题和解决问题的能力。根据相关课题的具体要求，按照指导老师的指导，进行具体项目的设计，提高自己的动手能力和综合水平。 本设计采用LM324芯片，它是一个四运算放大器的基本电路，在四运算放大器电路中起到了至关重要的作用。通过LM324芯片与其他相关电子元件的组合，画出调制与解调电路图，并完成PCB电路的绘制，完成课题的设计，可以算是对自我综合能力的一次有益尝试。 关键字：Protel、PCB、LM324、四运算放大器
目录 1 Protel的简要介绍 (5) 1.1 Protel的发展历史 (5) 1.2 Protel99SE简介 (5) 2 设计任务及要求 (6) 2.1设计任务 (6) 2.2设计要求 (6) 3 电路原理介绍 (7) 3.1 反向运算放大器 (7) 3.2 反向加法器 (7) 3.3 差动运算放大器 (7) 3.4积分器电路 (8) 4 原理图设计 (10) 4.1电路元件明细表 (10) 4.2 绘制原理图 (10) 4.3 元件生成清单 (12) 5 印刷版图的绘制 (12) 5.1 准备电路原理图和网络表 (12) 5.2 创建PCB文件以及网络表的装入 (15) 5.3 元件的布局以及印刷板的布线 (15) 6收获和体会 (16) 7 主要参考文献 (17)
基于Spectre运算放大器的设计
《集成电路CAD》课程设计报告 课题：基于Spectre运算放大器的设计 一：课程设计目标及任务 利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。 二：运算放大器概况 运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示： 图1.1运放示意图 运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 三：原理图的绘制及仿真
3.1原理图的绘制 首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下： 图3.1电路原理图 原理图中MOS管的参数如下表： Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol
两级CMOS运算放大器的设计与spectrum仿真
LAB2 两级CMOS 运算放大器的设计 V SS vout iref 图 1两级CMOS 运算放大器 一：基本目标： 参照《CMOS 模拟集成电路设计第二版》p223.例设计一个CMOS 两级放大器，满足以下指标： 5000/(74)v A V V db = 2.5DD V V = 2.5SS V V =- 5GB MHz = 10L C pF = 10/SR V s μ> out V V ±范围=2 1~2ICMR V =- 2diss P mW ≤ 相位裕度：60o 为什么要使用两级放大器，两级放大器的优点： 单级放大器输出对管产生的小信号电流直接流过输出阻抗，因此单级电路增益被抑制在输出对管的跨导与输出阻抗的乘积。在单级放大器中，增益是与输出摆幅是相矛盾的。要想得到大的增益我们可以采用共源共栅结构来极大地提高输出阻抗的值，但是共源共栅结构中堆叠的MOS 管不可避免地减少了输出电压的范围。因为多一层管子就要至少多增加一个管子的过驱动电压。这样在共源共栅结构的增益与输出电压范围相矛盾。为了缓解这种矛盾引进了两级运放，在两极运放中将这两点各在不同级实现。如本文讨论的两级运放，大的增益靠第一级与第二级相级联而组成，而大的输出电压范围靠第二级这个共源放大器来获得。
表1 典型的无缓冲CMOS 运算放大器特性 二：两级放大电路的电路分析： 图1中有多个电流镜结构，M5,M8组成电流镜，流过M1的电流与流过M2电流 1,23,45/2d d d I I I ==，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的结 构使得在x ，y 两点的电压在Vin 的共模输入范围内不随着Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图1所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。 表2 m μ工艺库提供的模型参数 表3 一些常用的物理常数
100db二级运放的设计
高增益二级运放的设计 重庆邮电大学重庆国际半导体学院年级：2011级 班级：1611101 姓名：王强
引言 相对与数字集成电路的规律性和离散性，计算机辅助设计方法学在给定所需功能行为描述的数字系统设计自动化方面已经非常成功。但这并不适用于模拟电路设计。一般来说，模拟电路设计仍然需要手工进行。因此，仔细研究模拟电路的设计过程，熟悉那些提高设计效率、增加设计成功机会的原则是非常必要的。 运算放大器（简称运放）是许多模拟系统和混合信号系统中的一个完整部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。伴随者每一代CMOS 工艺，由于电源电压和晶体管沟道长度的减小，为运放的设计不断提出复杂的课题。 运算放大器的设计可以分为两个较为独立的两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。一般来说，决定好了电路结构以后，便不会更改了，除非有些性能要求必须通过改变电路结构来实现。 一旦结构确定，接着就要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电路等等，这个步骤包含了电路设计的绝大部分工作。为了满足运放的交流和直流要求，所有管子都应被设计出合适的尺寸。然后在手工计算的基础上，运用计算机模拟电路可以极大的方便对电路进行调试和修改。但要记住，手算是绝对必需的！通过手算，可以深入的理解电路，对于设计多边形法则也可以更好进行权衡和把握。 电路分析 图1.1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7M8M9 M10 M11M12Vin+ Vin-Vout Vin1Iss GND VDD
电路结构 最基本的CMOS 二级米勒补偿运算放大器的结构如图1.1所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 电路描述 输入级放大电路由M 1～M 8组成。M 1和M 2组成NMOS 差分输入对， 差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰。 输出级放大电路由M 9、M 10组成。M 9为共源放大器，M 10为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由R 和C C 构成，与电容C C 一起跨接在第二级输入与第一级输出之间，构成RC 密勒补偿。 静态特性 暂时不考虑电阻R ，绘出电路的等效模型，如图1.2所示。 图1.2 由于第一级差分输入对管M 1 、M 2 相同，可以得到： 112m G gm gm == (1) R 1表示第一级输出电阻，其值可以表示为： 1113557||m o o m o o R g r r g r r = (2) 则第一级的电压增益为： ()1111113557||V m m m o o m o o A G R g g r r g r r == (3) 对第二级有： 29m G gm = (4) 2910||o o R r r = (5) ()2229910||V m m o o A G R g r r == (6) ()()12112211135579910||||V V V m m m m o o m o o m o o A A A G R G R g g r r g r r g r r === (7) ` `` +-V in1 +-V in2+- V out G m1V in1 G m2V in2 R 1 R 2 C 1 C 2 C C
基于运算放大器的正弦波发生器
目录 第1章摘要 (2) 第2章设计目的及设计要求 (2) 第3章基本原理 (2) 3.1 基本文氏振荡器 (2) 3.2 振荡条件 (3) 3.3 振荡频率与振荡波形 (5) 第4章参数设计及运算 (6) 4.1 器件选择 (6) 4.2 参数计算 (6) 4.3 波形仿真图 (9) 第5章结论及误差分析 (13) 心得体会 (14) 参考文献 (15)
第1章摘要 本文中介绍了一种基于运算放大器的文氏电桥正弦波发生器。经测试，该发生器能产生频率为100-1000Hz的正弦波，且能在较小的误差范围内将振幅限制在2.5V以内，通过电位器的调节使频率在100HZ-1000HZ内变化。 无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。在运算放大电路中，最适于发生正弦波的是文氏电桥振荡器与正交振荡器,本文将对文氏桥振荡器进行讨论。 第2章设计目的及要求 2.1、设计目的： （1）.掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法； （2）.熟悉集成电路：集成运算放大器LN356N。并掌握其工作原理，组成文氏电桥振路。 2.2、设计要求： （1）设计波形产生电路。 （2)信号频率范围：100Hz——1000Hz。 (3)信号波形：正弦波。 (4)画出波形产生电路原理图，写出终结报告。 第3章基本原理 3.1正弦振荡器的组成 （1)放大电路：放大信号 （2)反馈网络：必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号 （3)选频网络：保证输出为单一频率的正弦波，即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件
三极管两级放大器设计.doc
方案分析： 两级放大的参数选取能在不失真的情况下尽可能的放大小信号，所以，两级放大的参数极为重 要。 电路分析： 图 4-1 三极管两级放大器 I b 1 V cc U BE1 U BE1 R6；I c1 I b1 , I e1 (1 ) I b 1； R2 (1 )( R5 R6) R3 R5 静态工作点：由公式 U ce1V cc I c1 R 4 I e1 (R 5 R 6 ) ；可求出Q1的静态工作点，即Ube1等于 7V，由于 Q1和 Q2间是电容耦合，所以两个晶体管的静态工作点不相互影响，由公式 V cc U be2 I b 2 R7(1)( R10 Q2 的静态工作点电容相当于短路， U be2 R11 ) R8 R10 R11 I c2 I b 2 , I e 2 (1 ) I b 2； U ce2 V cc I c 2 R 9 I e 2 (R 10 R 11 ) 可算出Ube2 为 6V。图中的电容C2， C4， C6 均为滤波电容，画出微变等效电路， 图 4-2微变等效电路 U o R4 (R9 // R L ) A r be1 R5 ? R10 所以电容C9 和 C10的作用就提高放大倍数， U i r be2 ，如果电路接入 RL，则放大倍数会减小。
Multisim仿真： 仿真图： 图 4-3两级放大nultisim仿真 图 4-4 5mV 1kHz函数发生器图4-5交流电流表 图 4-6 Ic1电流值图4-7 Uce1电压值
图 4-8 Ic2电流值图4-9Uce2电压值 图 4-10无负载的输出电压Uo图4-11有负载的输出电压Uo 无负载的放大倍数：328 倍有负载的放大倍数：197 倍
运算放大器基本电路——11个经典电路
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB 以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。
音响放大器的设计 课程设计DOC
课程设计说明书课程名称：音响放大器的设计 专业名称： 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 指导老师：
课程设计任务书 设计目的 1)了解集成功率放大器内部电路工作原理 2)掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法 3)掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术 设计要求和技术指标 1)技术指标 额定功率P≥0.3W，负载阻抗为10Ω，频率响应范围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20KΩ，放大倍数≥20dB。 2）设计要求 （1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级； （2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图； （3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测； （4）测试输出功率； （5）测试输入阻抗； （6）撰写设计报告。 3）设计扩展要求 （1）能驱动额定功率P≥8W的扬声器； （2）电路电压放大级输出阻抗低，能带500Ω负载。
目录 第1章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 音频功率放大器概述 (1) 1.3 音频功率放大器概述 (2) 第2章音响放大器设计 (3) 2.1 音响放大器简介 (3) 2.2 单元电路的设计 (3) 2.2.1 话音放大器 (3) 2.2.2 混响前置放大器............................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.3 电子混响器....................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.4 音调控制器 (5) 2.2.5 功率放大器 (9) 2.3 总电路设计 (9) 第3章电路仿真结果 (13) 3.1 话放与混合级仿真 (13) 3.2 音调控制器的电路仿真 (13) 3.3 功率放大器的电路仿真 (15) 第4章音响放大器的安装与调试 (16) 4.1 电路安装 (16) 4.2 电路调试技术 (16) 4.3 整机功能试听 (17) 第5章心得体会 (18) 参考文献 (19) 附录A 音响放大器元件清单 (19) 附录B PCB板图 (20)
基本运放电路总结
模拟电路网络课件第三十七节:基本运算电路 8.1 基本运算电路 一、反相比例运算放大电路 图 1 反相比例运算电路 反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。R ￠为平衡电阻应满足R ￠= R1//Rf。 利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则 即 ∴ 该电路实现反相比例运算。 反相放大电路有如下特点 1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要 求。 2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。 3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。 二、同相比例运算电路
图 1 同相比例运算电路 同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端，输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。 根据虚短、虚断的概念有vN= vP= vS，i1= if 于是求得 所以该电路实现同相比例运算。 同相比例运算电路的特点如下 1．输入电阻很高，输出电阻很低。 2．由于vN= vP= vS，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑 制比。 三、加法运算电路 图 1 加法运算电路
图1所示为实现两个输入电压vS1、vS2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。由于电路存在虚短，运放的净输入电压vI=0，反相端为虚地。利用vI=0，vN=0和反相端输入电流iI=0的 概念，则有 或 由此得出 若R1= R2= Rf，则上式变为–vO= vS1+ vS2 式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符合常规的算术加法。该加 法电路可以推广到对多个信号求和。 从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R′=R1//R2//Rf。 四、减法运算电路 1、反相求和式运算电路 图1所示是用加法电路构成的减法电路，第一级为反相比例放大电路，若Rf1=R1，则vO1= –vS1； 第二级为反相加法电路，可以推导出
两级运放设计与仿真报告
CMOS两级运放设计与仿真 本设计采用Tanner软件中的S-Edit组件设计CMOS两级运放原理图，并使用T-Spice 组件对其电路生成的Spice文件进行设定仿真，以便进一步掌握Tanner软件的使用方法。 操作流程如下：编辑两级运放的原理图->生成Spice文件->进行模拟仿真->查看结果。 一、两级运放的原理图 两级CMOS运放的基本结构如图一所示。该电路的第一级为差分放大器，由V1~V4组成。第二级由V5、V6组成，其中V5为该级的放大管，V6为负载管，输出为高阻型。恒流源由V7、V8、V9组成。Cc为相位补偿电容，以防止电路产生自激。 图一两级CMOS运放 本设计采用1.25um工艺，取最小尺寸，即管子长L=2*1.25=2.5um，并要求电压增益大于等于5000，单位增益带宽等于3MHz，压摆率为2，补偿电容为5pF管子开启电压为1V，直流电源电压为5V，差分电源电压为3V，高频正弦小信号，NMOS和PMOS的沟道调制系数分别为0.01和0.015。各个管子的宽长比如下表所示。 表格 1 两级运放放大器设计参数 二、编辑运放原理图 1）打开S-Edit组件，在其中调入PMOS模块（*4）、NMOS模块（*5）、直流电源模块（*3）、正弦电压源模块（*1）、电容模块（*1）和GND模块（*1）。最后将各个模块按图一所示放置好，并连线。 2）按照上述参数要求修改PMOS和NMOS的参数，以及正弦信号、电源电压的参数。
3）加入输出接点：单击工具栏中的输出接点按钮，再单击电容右端节点，在弹出的对话框中输入节点名“OUT”，再单击ＯＫ即可。如图二所示。 图二加入输出接点 按照上述要求和操作后的两级CMOS运放电路图如图三所示。 图三运放原理图 ４）重命名模块为“两级运放”，生成Spice文件，并在其中插入命令：单击命令工具条中的T-Spice按钮，自动生成Spice文件，并自动打开Ｔ－Spice组件程序。在Spice文件中插入包含文件“ｍ12_125.md”，和以下命令行：.include "D:\Tanner\tanner\TSpice70\models\ml2_125.md"，.tran/op 1n 400n method=bdf，.print tran v(N42) v(OUT)。最后将此文件重命名为“两级运放_0.01V”，以区分其他的仿真。仿真后的结果如图四所示。
集成运算放大器的简易测试--模拟电子课程设计改完可教
辽宁工业大学 模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：集成运算放大器简易测试仪 院（系）：电气工程及其自动化 专业班级：电气092 学号：09030305 学生姓名：李新 指导教师： 起止时间：1111111111111111111
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程
摘要 集成运算放大器简易测试仪由四部分组成：直流稳压电源、正弦波产生电路、被测运放电路和毫伏表电路。用于判断集成运算放大器放大功能的好坏。直流稳压电源使正弦波电路和毫伏表电路工作，为集成运放提供偏置电流。本实验涉及集成电路运算放大器的内部组成单元，带有源负载的射极耦合差分式放大电路，利用二极管进行偏置的互补对称电路.正弦波信号经集成运放放大后，放大A倍，毫伏表测出其电压最大值并与正弦波产生的信号最大值比较，若他们满足A倍的关系，则能测试出此集成运放能正常工作，否则不能 关键词：偏置电流；恒流源；毫伏表电路；反馈。
目录 第1章绪论 (4) 1.1集成运算放大器的应用意义 (4) 1.2课程技术要求 (4) 第2章总体设计方案框图及其方案论证 (5) 2.1方案论证 (5) 2.2 总体设计方案及分析 (5) 第3章单元电路设计 (7) 3.1正弦波产生电路 (7) 3.2 集成电路放大器 (8) 3.3直流稳压电源 (8) 第4章集成运算放大器简易测试仪整体电路设计 (10) 4.1 整体电路及原理 (10) 4.2电路参数设计 (10) 第5章设计总结 (12) 参考文献 (13) 附录1原理图 (14) 附录2元件表 (14)