运放设计资料(好东西啊^_^)
详解运放七大应用电路设计

详解运放七大应用电路设计运放(Operational Amplifier,简称OPAMP)是一种高增益、直流耦合、差分放大器电路,常用于各种模拟电路和信号处理电路中。
它具备高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、宽带宽等特点,适用于各种应用场景。
以下是运放的七大应用电路设计:1. 反相放大器(Inverting Amplifier):用于放大输入信号,但输出信号与输入信号具有180度相位差。
在反相放大器中,输入信号通过一个电阻R1作用在运放的反相端,而反相端还通过一个电阻R2与运放的输出端相连。
这种电路可以得到具有指定放大倍数的输出信号。
2. 同相放大器(Non-Inverting Amplifier):该电路与反相放大器结构类似,但是反相输入引脚和接地相连,而非反相输入引脚通过一个电阻与输出端相连。
同相放大器输出信号与输入信号相位相同。
3. 集成运放比例器(Integrator):该电路可将输入信号积分,输出信号与输入信号成正比。
集成运放比例器的电路还包括一个电容器,它与运放的反相输入端连接。
当输入信号施加到运放的非反相输入端时,电容器开始充电,导致运放的输出电压变化。
4. 集成运放微分器(Differentiator):该电路可对输入信号进行微分,输出信号与输入信号的导数成正比。
微分器电路使用一个电容器连接到运放的反相输入端,而电容器的另一端通过一个电阻与运放的输出端相连。
当输入信号通过电容器时,运放的输出电压变化,产生与输入信号的导数成正比的输出信号。
5. 增益调节器(Gain Adjuster):该电路可以通过改变反馈电阻值Rf来调整放大倍数。
增益调节器电路结合了反相放大器和用变阻器替代常规反馈电阻的电路设计。
通过改变变阻器的阻值,可以调节输出信号的放大倍数。
7. 限幅放大器(Clamp Amplifier):该电路可以将输入信号限制在一个特定范围内,并且不受输入信号的变化影响。
限幅放大器电路使用二极管来限制输入信号的范围。
运算放大器设计

摘要运算放大器(常简称为运放)是具有很高放大倍数的电路单元。
在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”,此名称一直延续至今。
运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展,如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。
现今运放的种类繁多,广泛应用于几乎所有的行业当中。
本课程设计采用0.5um CMOS工艺,设计环境为Hspice,运放结构为两级运放形式。
关键词:运算放大器 Hspice 两级一.设计要求设计主要指标有开环增益( Avd )、增益带宽积( GBW )、上升速率( SR )、共模抑制比( CMRR )、输出摆幅( VPP )等。
其具体数值列表如下:表1 参数列表二.设计方案本运算放大器的设计采用两级结构,前级为折叠共源共栅结构,后级采用有源负载结构,同时后级承担相位补偿的作用。
电路大体可分为四个部分:启动电路、恒流源、前级差分放大、后级补偿放大。
1.恒流源恒流源采用如右图1所示结构,可知输出电压Iout为:()221N n K 11R W/L Cox 2Iout ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=μ该电路电流输出与电源电压无关,是常用的电流镜参考电源。
但该电路在上电时所有的晶体管均传输零电流,因为环路两边的分支允许零电流,则它们可以无限期的保持关断。
存在这种现象,就需要增加一种电路使该电路上电时能驱使电路摆脱简并偏置点。
所以我们需要设计一个启动电路使该电路正常工作。
图1 恒流源电路结构2. 启动电路启动电路如图2 所示,该启动电路 可保证恒流源在工作电压从2V 到7V 的范围内正常启动,而本身功耗极小,仅在电路启动瞬间有电流通过。
3. 两级运放前级为折叠共源共栅结构,后级采用有源负载结构,其具体参数和结构参见电路网表。
图2 启动电路结构三.仿真及结果因为本设计环境为HSPICE ,本人对HSPICE 的使用并不很熟练,针对每个参数仿真时,网表中输入电压源的参数和点命令都进行了修改,本人将在分析各参数时将修改的命令在每个小标题下列写出来。
运算放大器设计总结.概要

一.运算放大器的基本参数1.开环电压增益A OL不带负反馈的状态下,运算放大器对直流信号的放大倍数。
电压反馈运算放大器采用电压输入/电压输出方式工作,其开环增益为无量纲比,所以不需要单位。
但是,数值较小时,为方便起见,数据手册会以V/mV或V/μV代替V/V表示增益,电压增益也可以dB形式表示,换算关系为dB = 20×logAVOL。
因此,1V/μV的开环增益相当于120 dB,以此类推。
该参数与频率密切相关,随着频率的增加而减小,相位也会发生偏移。
对于反向比例放大电路,只有当AOL>>R+Rf时,Vo=-Rf/RVi才能够成立。
2.单位增益带宽B1(Gain-Bandwidth Product)开环电压增益大于等于1(0dB)时的那个频率范围,以Hz为单位。
它将告诉你将小信号(~±100mV)送入运放并且不失真的最高频率。
在滤波器设计电路中,假定运放滤波器增益为1V/V,则单位增益带宽大于等于滤波器截止频率f cut-off×100。
3.共模抑制比CMRR差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,CMRR=|Ad/Ac|。
共模输入电压会影响到输入差分对的偏置点。
由于输入电路内部固有的不匹配,偏置点的改变会引起失调电压改变,进而引起输出电压改变。
其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量,一般来说CMRR=ΔVos/ΔVcom,TI及越来越多的公司将其定义为CMRR=ΔVcom/ΔVos。
在datasheet中该参数一般为直流参数,随着频率的增加而降低。
4.输入偏置电流Ibias输入偏置电流被定义为:运放的输入为规定电位时,流入两个输入端的电流平均值。
记为IB。
为了运放能正常的工作,运放都需要一定的偏置电流。
IB=(IN+IP)/2。
当信号源阻抗很高时,就必须关注输入偏流,因为如果运放有很大的输入偏流,就会对信号源构成负载,因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压,如果信号源阻抗很高,那么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放,也可以采用降低信号源输出阻抗的方法,就是使用一个缓冲器,然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。
基本运算放大器电路设计

基本运算放大器电路设计```+ Vin-\,+/-,\R- Vout```在这个电路中,Vin是输入信号,Rf是反馈电阻,Vout是输出信号。
1.确定电源电压:根据应用需求和电源供应情况,确定所需的电源电压。
一般情况下,使用正负12V的直流电源。
2.选择运放芯片:根据应用要求,选择合适的运放芯片。
常用的运放芯片有LM741、TL071等。
3. 确定反馈电阻:在基本运放放大器中,反馈电阻决定了放大倍数。
选择合适的反馈电阻可以实现所需的放大倍数。
放大倍数的计算公式为:放大倍数 = 1 + (Rf/Rin),其中Rin是输入电阻。
一般情况下,可选择Rf为10kΩ。
4.确定输入电阻:输入电阻决定了电路的输入阻抗,一般情况下,可选择输入电阻为1kΩ。
5.确定耦合电容:为了避免直流电压的影响,需在输入和输出端加入耦合电容。
一般情况下,可选择电容值为1μF。
6.确定终端滤波电容:为了提高电路的稳定性,可以在输入和输出端加入滤波电容。
一般情况下,可选择电容值为10μF。
7.组装电路:根据以上设计结果,连接运放芯片、电阻、电容等器件,在电路板上进行组装。
8.进行调试:将电源接入电路,给输入端提供合适的信号源,通过示波器观察输出信号,并进行调试,确保电路工作正常。
基本运算放大器电路设计的考虑因素包括放大倍数、输入输出电阻、带宽等。
适当的调整这些参数,可以使电路在所需的工作范围内,获得最佳性能。
设计时需注意电源电压的稳定性、电路的抗干扰能力和温度的影响等因素,并进行相应的优化和调整。
运放电路设计

运放电路设计运放电路设计是电路设计中的一类重要电路,用于处理模拟信号和控制系统中的反馈和信号放大。
运放电路常常被应用于成像、信号传输和音频放大等方面。
在设计运放电路时,需要考虑增益、带宽、噪声和稳定性等因素。
下面是有关运放电路设计的详细说明。
一、运放电路的基本类型在设计运放电路时,有几种基本类型的运放电路可供选择。
这些基本类型的电路可根据所需的功能进行选择。
下面列举了一些常见的运放电路类型:1.反变器运放电路:反变器运放电路将输入信号的相反值输出。
这种电路的增益取决于输入电阻和反馈电阻的比值,因此很容易对电路进行调整。
3.仪表放大器运放电路:仪表放大器运放电路将两个输入信号相减,以消除共模噪声。
这种电路常常应用于精密测量和仪器设备中。
4.积分放大器运放电路:积分放大器运放电路可以将输入信号进行积分,以获得输出信号。
这种电路常常应用于滤波和调整电路信号频率。
在设计运放电路时,需要注意以下几个方面:1.选择合适的运放芯片:不同的运放芯片有不同的性能特点,因此需要根据具体需求进行选择。
例如,对于高精度应用,需要使用低噪声和高增益的芯片。
2.设置适当的增益:在设计运放电路时,应根据需要进行精确调整。
为了达到最佳性能,应设置适当的增益。
3.选择合适的反馈配置:不同的反馈配置可以产生不同的电路行为。
以反转放大器电路为例,正反馈可以产生中断振荡,而负反馈可以平稳地放大信号。
4.考虑噪声:在运放电路中,噪声是一个重要的考量因素。
可以通过使用低噪声部件和滤波技术来降低噪声。
5.考虑稳定性:运放电路在频率响应或增益等方面需要稳定,以确保电路正常工作。
可以使用容差电阻或电容和反馈电路等技术来确保电路稳定。
三、总结运放电路设计是电路设计中的一项广泛应用技术,应用于各种领域。
在运放电路设计过程中,需要注意选择合适的运放芯片、设置适当的增益、选择合适的反馈配置、考虑噪声和稳定性等因素。
通过遵循这些基本设计原则,可以确保运放电路具有高性能和可靠性。
最全最详细的运放原理应用电路

最全最详细的运放原理应用电路运放(Operational Amplifier,简称Op Amp)是一种非常重要的电子器件,广泛应用于电子电路设计中。
它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点,可以在各种电子设备中实现信号放大、滤波、比较、积分等功能。
本文将详细介绍运放的原理和应用电路。
一、运放的基本原理1.1运放的结构运放通常由差动放大器和输出放大器组成。
其中差动放大器用于将输入信号转换为差分电压,而输出放大器则将差分电压放大并输出。
1.2运放的输入输出特性运放的输入特性包括输入偏置电流、输入偏置电压、共模抑制比等。
其中输入偏置电流指的是差动输入端的电流,输入偏置电压指的是差动输入端的电压。
共模抑制比指的是当差模输入信号发生变化时,运放输出信号的变化电压与共模输入信号变化电压之比。
1.3运放的增益特性运放的增益特性包括电压增益和带宽增益积。
电压增益指的是运放的输出电压与输入电压之比,带宽增益积指的是运放的增益与带宽的乘积。
二、运放的应用电路2.1运算放大器运算放大器(Operational Amplifier,简称Op Amp)是最常见的运放应用电路之一、它通常由一个差动放大器和一个输出放大器组成。
运算放大器广泛应用于电压跟随器、反馈放大器、积分器等电路中。
2.2电压跟随器电压跟随器(Voltage Follower)是一种基本的运放应用电路。
它的输入和输出电压之间没有放大倍数,但输出电压完全跟随输入电压。
电压跟随器的作用是提供电流放大和电压驱动能力,常用于电压缓冲和两个电路级之间的接口。
2.3反馈放大器反馈放大器是运放常见的应用之一,广泛用于电子设备中。
它通过将一部分输出信号反馈到输入端,从而提高整体的增益稳定性、抑制非线性失真等。
常见的反馈电路包括电压反馈、电流反馈和功率反馈等。
2.4积分器积分器是一种将输入信号连续积分的电路。
它通过将输入信号与电容器相接,使得输入信号在电容器上产生积分的效果。
运放的应用实例和设计指南

1.1 运放的典型设计与应用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。
运放就是用途广泛的器件,接入适当的反馈网络,可用作精密的交流与直流放大器、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 有源滤波上图就是典型的有源滤波电路(赛伦-凯电路,就是巴特沃兹电路的一种)。
有源滤波的好处就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。
该电路的设计要点就是:在满足合适的截止频率的条件下,尽可能将R233与R230的阻值选一致,C50与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就是防止输入悬空,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,群延时基本就是恒定。
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 电压比较上图就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。
该电路实际上就是过零比较器与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 ()4212020V4-Vref V5V R R R ++•=;()01918190-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 。
运放交流放大电路的设计

运放交流放大电路的设计运放交流放大电路的设计,听起来是不是有点高大上?别担心,今天咱们就轻松聊聊这个话题,像朋友聊天一样。
运算放大器,咱们简称“运放”,它可是电子电路中的一颗璀璨明珠!想象一下,没有它,很多音响效果都没法发挥得淋漓尽致。
运放的应用广泛得不得了,几乎在每个电子设备里都能看到它的身影,真是个勤劳的小家伙。
说到设计交流放大电路,首先得了解点基础知识。
运放的核心功能就是放大输入信号。
信号很微弱,就像一粒沙子,如果没有运放的帮助,根本无法在沙滩上找到它。
所以,咱们的目标就是把这个微弱的信号变成一股汹涌澎湃的浪潮,直冲耳朵里。
为了达到这个“极致”,设计者需要考虑电源电压、增益、频率响应等等,听起来是不是有点复杂?其实就像做菜,要调好火候,才能煮出一锅好汤。
先说说电源电压,咱们得保证运放有足够的“动力”,就像车子需要油才能跑。
如果电源电压太低,运放就“动力不足”,没法放大信号。
想象一下,电源就像一块巧克力,越甜越有劲。
如果电压够高,运放才能尽情发挥。
增益呢,就是放大倍数,简单来说,就是运放能把信号放多大。
如果增益调得不好,信号放大了但也可能失真,结果就像你给朋友讲笑话,结果笑话被你讲得稀巴烂。
然后咱们得关注频率响应,哦,这可是个关键的点。
不同的运放对不同频率的信号反应不一样,有些运放像个运动健将,能跑得飞快;有些则像大爷,慢悠悠地走。
所以,选择适合的运放就特别重要。
你想让电路能接收高频信号,那就得选择能应对这种信号的运放,避免出现信号失真的情况。
再来谈谈反馈电路,简单来说,反馈就是把输出的信号一部分送回输入端。
就像把打了折扣的商品送回去重算价格,能让运放更稳定。
正反馈会让信号越来越大,负反馈则能让信号更加稳定,不容易出错。
设计时得根据具体需求选择合适的反馈方式。
哎,听起来是不是有点绕?但其实不难,掌握了其中的道理,就能轻松驾驭这个过程。
还有一点,输入阻抗和输出阻抗也不可忽视。
高输入阻抗可以保证输入信号不被“消耗”,而低输出阻抗则能确保信号能顺畅输出。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Ana Rusu
Review: CMOS two-stage opamp
CMOS operational amplifier design
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Review: CMOS two-stage opamp
CMOS operational amplifier design
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Power Supply Rejection
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
“Supply” Capacitance Another potentially significant source of coupling between the supply rails and the output is commonly referred to as “supply” capacitance. This term refers to the coupling from one, or both, of the supply rails into the input nodes of an op amp. It is primarily in circuits such as single-ended sampleddata integrators. • The most important contributors to this type of coupling are displacement currents in the capacitances Cgs1 and Cgd1. These currents flow into the summing node and the resulting charge is accumulated on the integration capacitor, Ci. • Interconnect crossovers may also couple supply variations into the summing node. • Fully differential circuits are an obvious means of avoiding the most severe supply capacitance problems.
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Folded cascode opamp Conventional folded cascode
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Folded cascode opamp Conventional folded cascode
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Telescopic cascode opamp + DC gain ≈ + Low power consumption + Only one high impedance node: compensated with a capacitance load (if necessary) - Low output swing - Reference of the input close to the negative supply - Two bias lines (VB1, VB2) - 5 transistors in series
2B1611
CMOS operational amplifier design
Lecture 4
Advanced CMOS operational amplifier design
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Outline
CMOS operational amplifier design
2B1611/Spring 2005 Ana Rusu
Mirrored cascode opamp
+ Optimum input common mode range + Only 4 transistors in series + Improved output swing - Speed of the mirror - Higher power consumption
CMOS operational amplifier design POWER SUPPLY REJECTION RATIO (PSRR)
It is important to minimize the “gain” from the supply rails to the output; that is, to REJECT supply variations.
2B1611/Spring 2005 Ana Rusu
Single-Stage CMOS Opamps
Through the use of cascoding scheme, gain comparable to that of a two-stage amplifier can be achieved in a single stage. To achieve the maximum input and output signal ranges, cascoding can be employed in a “folded” architecture.
2B1611/Spring 2005 Ana Rusu
Review: CMOS two-stage opamp
Basic CMOS two-stage opmp
CMOS operational amplifier design
Miller capacitance
2B1611/Spring 2005
The output resistance of the cascoded single-stage amplifier is increased by gm*ro relative to the basic 2-stage opamp with a common-source second stage. The transconductance of the stage is simply the gm of the input pair. Thus, the voltage gain is comparable to that of the two-stage opamp.
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Hale Waihona Puke CMOS operational amplifier design
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Review: CMOS two-stage opamp
Two more issues Power Supply Rejection Noise induced on the supply rails can appear at the output of an opamp. In mixed-signal circuits, or in high-speed digital systems, supply noise can be especially severe.
2B1611/Spring 2005
Ana Rusu
Power Supply Rejection • |A+| ≈ 1 except at very low frequencies and PSRR+ falls with frequency along with the open loop gain Adm. • A– is largely determined by go5 & go7. It is typically ≤ unity at low frequencies and, more importantly, it rolls off with frequency in the same fashion as the open loop gain. • PSRR– remains approximately constant with frequency. • At frequencies above the dominant pole (which is determined by CC), CC “shorts” the gate and drain of M6. Since Id6 is constant,Vgs6 remains constant. Thus, vg6 and vo track v+.
• The dominant pole of the folded cascode amplifier is associated with the output node. • CL provides the frequency compensation. An increase in CL lowers the amplifier’s unity-gain bandwidth but does not compromise its phase margin. •The nondominant poles in the folded cascode are those associated with the cascode devices M5 and M6, and the current mirror, M7 - M10. All of these poles are located near the transistor ωt and are therefore normally much greater in magnitude than the lowest nondominant pole in the 2-stage opamp, |p2| = gm6/CL.