运放的仿真与分析报告
CMOS运放的仿真经验总结
共模抑制比
？
电源电压抑制比
噪声分析
转换速率
SR=2.5V/uS
建立时间
？
双端输入、单端输出运放——交流仿真
共模抑制比(CMRR)的仿真
CMRR即为差模电压增益与共模 电压增益之比，并用对数表示。 CMRR=20log(Aid/Acm) CMRR越大，则运放的对称性越 好。
对右图电路进行AC分析时，观察 Vout的波形。1/Vout即为CMRR值
图6 共模抑制比仿真电路
运算放大器的技术指标总表参数类型符号参数名称单位直流icc电流电源magm正向跨导svid线性输入范围vgmibias跨导与偏置电流的比值1vicmr共模输入范围vvos输入失调电压mvvos输入失调电压温度系数vociopp输出峰峰电流mavopp输出峰峰电压v参数类型符号参数名称单位交流avo开环增益dbgbw单位增益带宽mhzpm相位欲度ocpsrr电源电压抑制比dbcmrr共模抑制比dbrid差模输入电阻kro输出电阻k参数类型符号参数名称单位瞬态sr转换速率vsts建立时间sthd总谐波失真bwfull全功率带宽mhz极限vcc电源电压vpd允许功耗mvvidr差模输入电压范围vvbi偏置端直流输入电压vta工作温度oc主要内容运算放大器的技术指标总表全差分运放性能参数仿真规范双端输入单端输出运放性能参数仿真规范跨导运放ota性能参数仿真规范运放其它特性参数仿真双端输入单端输出运放直流仿真失调电压voltageoffset的仿真在实际运放中当输入信号为零时由于输入级的差分对不匹配及电路本身的偏差使得输出不为零而为一个较小值该值为输出失调电压折算到输入级即为输入失调电压vosvosvovinmv图1输入失调电压仿真电路双端输入单端输出运放直流仿真失调电压温度系数vos的仿真输入失调电压随温度的变化率仿真电路同输入失调电压的仿真
反相比例运放仿真实验报告
反相比例运放仿真
时间5月9日
实验目的：
1)学会用仿真来反洗电路，了解电路的工作原理及特性；
2)加深对反响比例运放的理解，验证输入电压与输出电压反
相比例的关系。
实验器材：
装有仿真软件的计算机一台。
实验原理：
1)利用集成运放的特点：高增益、高输入电阻和低输出电阻
的直接耦合放大电路对微弱信号的放大作用。
2)利用反馈网络实现模拟信号灯额各种运算放大。
反相比例
运算电路的输出电压相位相反，且成比例关系。
实验步骤：
1)更具原理图，连接好仿真电路；检查电路后进行仿真，观
察电路波形，求出电压放大倍数A u f，与理论值进行比较分析。
2)求A u f=-RF/R1=-100/10=-10
3)改变图中参数，取R1、R2=15KΩ，Rf=150KΩ再次进行仿
真，观察波形变化。
4)求出改变参数后的电压放大倍数，
A u f=-Rf/R1=-150/15=-10，两次比较得：A u f=A'u f=-10
5)两次仿真得到波形相同，如下图所示
实验结论（结果）：
有波形图可知电压放大倍数约为：Au=U0/Ui=-10与理论真值相
等，且都为反相比例运放，得U0=-10Ui，表明输出电压与输入电压相位相反且成比例关系。
CMOS运放的仿真经验总结
CMOS运放的仿真经验总结CMOS运放是一种常用的电路元件，可以在模拟电路中扮演放大、滤波、控制以及信号处理等重要角色。
在实际应用中，了解和掌握CMOS运放的仿真方法是十分重要的。
以下是我在进行CMOS运放仿真时的一些经验总结。
首先，在进行CMOS运放的仿真时，需要使用一款较为成熟且功能丰富的电路仿真软件，如Cadence、Pspice等。
这些软件提供了各种CMOS 运放模型，可以方便地进行仿真和分析。
在进行仿真前，需要确定仿真的目的和仿真电路的参数，包括工作电压、负载电阻、放大倍数等。
可以根据需要选择不同的CMOS运放电路结构，如共源共栅结构、共源共栅共排极结构等。
在进行仿真时，首先需要验证CMOS运放电路的基本工作电路，如差分输入、单端输出等。
可以通过给输入端施加电压、控制电流等方式，观察输出端的电压变化。
可以通过改变输入电压，观察输出电压的变化，从而确定CMOS运放的放大倍数和频率响应等参数。
在验证基本工作电路后，可以进行更复杂的功能仿真，如频率响应、相位响应、输入输出特性等。
可以使用正弦波输入信号，观察输出信号的波形变化。
可以根据需要选择不同的输入频率、幅值和相位，观察输出信号的变化。
在进行仿真时，需要注意电路中的最大功耗、最大温度、最大电流等参数是否处于允许的范围内。
如果超出了允许范围，需要优化电路结构或调整电路参数，以保证电路的可靠性和稳定性。
在进行仿真时，需要关注电路中的噪声和失调问题。
可以通过加入噪声源和失调源，观察输出信号的噪声和失调情况。
可以通过改变电路结构或优化电路参数，降低噪声和失调的影响。
最后，在进行仿真结果的分析时，需要综合考虑电路的性能、稳定性、可靠性等因素，进行全面评估。
可以比较不同电路结构的性能差异，选择最优的电路结构和参数。
总的来说，在进行CMOS运放的仿真时，需要系统地进行设计、验证和分析。
需要充分了解CMOS器件的特性和工作原理，合理选择电路结构和参数。
通过验算和优化，保证电路的性能和稳定性。
运算放大器的VHDL-AMS模型和仿真研究
个很微小 的输 入信号都会 使运放的输 出达到饱 和 ，所
以绝大多数 情况下 ＋运放都 ｒ 作在 闭环状态 ．即接成
反馈组 态 如果运放工作在线性 放大状态 ，且 负反 豫 深 度很 大 那么它具 仃以下两个特点 ：
宽度、 零输 出阻抗 和能提供 无限大放大倍数 的差 分输 入 、单端 （ 或职端 ） 出的放大器 ：实际运放 的性能 输 近似理想运放 在实 际的应用当 中，运放 基本部是用
反 媸 组 态 因 为在 开 环 的 时 候 ．它 的增 益 非 常 大 ．一
。
传统 的基于 Ｓ ＩＥ 的设计方法 局限于晶体管级 ． ＰＣ
奏华标 王 飞
华 南 理 工 大学 电 子 与 信 息 学 院 （广 州 ５ｌ ０Ｊ １ ４ 摘要 ： ＶＨＤＬＡＭ Ｓ语 言 为模 拟 和 混 合信 号 系统 设 计 提 供 了 统 一 的 建 模 和 仿 真 方 法 ， 为 模 拟 电路 中 最 为 ． 作
通 用的单 元 ， 算放 大器的 Ｖ Ｄ ． 运 Ｈ ＬＡＭＳ模型可 以划 分为蝓 入级 、 中间级和输 出级 ３个部 分。 文在详细分析 本 运放 特性的基础 上， 建立了一个完整而且精 确的运放模型 ，仿真结果显示 ， 运放开环与 闭环时的频 率响 应、 输
维普资讯
运 算 放 大 器 的 Ｖ Ｌ Ｍ —Ａ Ｓ模 型 和 仿 真 研 究 Ｈ Ｄ
Ｍｏ ｅｉ ｇａ ｄ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｄ ｌ ｎ ｉ ｌ ｔｏ ｆＯｐｅ ａｉ ｎ ｌ ｎ ｒ ｔｏ ａ Ａｍｐ ｉ ｅ ｓ ｄｏ ｌｆ ｒ ｉ Ｂａ ｅ ｎ ＶＨＤＬ －ＡＭＳ
运放的仿真与分析报告
运放的仿真与分析1.基本仿真流程(1)电路仿真界面：进入UNIX系统，按键“Ctrl+t”出现下图窗口：图1输入“icfb&”回车后出现下图窗口。
图2注：有关镜像的操作：图2中选择“Library Path Editor”出现下图窗口:图3左栏为文件名，右栏为路径；或者打开文件cds.lib 按下图编写文件图4图5File→New→Library(opam)→(New)Cell View进入电路图编辑界面，画相应的放大器电路，如下图图6(2)调用相关器件器件的调用操作：按快捷键“i”，选择library，以及相应的器件（nmos，pmos，res，cap等）注：模型名要与模型库中的相应名称相同。
打开模型库的.scs文件，查看模型名和器件的基本参数（,,t V ）：ox th// Models included in this release ://// Model Name Description// ----------- ----------------------------------------------------------------------// nmos_1p8 BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) NMOS transistor// pmos_1p8 BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) PMOS transistor// nmos_3p3 BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) NMOS transistor// pmos_3p3 BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) PMOS transistor// nmos_1p8_nat BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) Native NMOS transistor// nmos_3p3_nat BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) Native NMOS transistorsection nmos_1p8_tmodel nmos_1p8 bsim3v3 {0: type=n+ lmin=1.8e-007 lmax=3.5e-007 wmin=2.2e-007………………………………………………………….+ xw=0 tox=3.5e-009 toxm=3.5e-009…………………………………………………+ xpart=0 vth0=0.39851301 lvth0=1.1573677e-008…………………………………………………..+ cdscd=0 cit=0.0017786 u0=0.035597185………………………………….//***************************************************************************** section pmos_1p8_tmodel pmos_1p8 bsim3v3 { 0: type=p+ lmin=1.8e-007 lmax=3.5e-007 wmin=2.2e-007………………………………………………….+ xl=0 xw=0 tox=3.5554e-009…………………………………………….+ cgdo=3.051e-010 xpart=0 vth0=-0.39889023…………………………………………..+ u0=0.0078211697 lu0=1.2538533e-010 wu0=5.1065658e-010…………..…………………………….注：在sim.scs 文件中没有表示沟道调制效应的参数λ，因而需要测量计算： 修正后的漏电流为 2()(1)D n GS T DS i K v V v λ=-+图7如图可求出λ。
运放的稳定性仿真分析
运放的稳定性仿真分析上期文章《运放11-运放稳定性评估举例》文末提到了，如果我们有（放大器）的Sp（ic）e模型，可以借助（仿真）软件直接仿真电路的稳定性——可以直接得到波特图曲线，这一期就专门来看看具体怎么玩。
我们还是以上期的电路为例子，也就是下面这个电路：这里面的放大器TLV9062，使用的是（TI）官网的S（pi）ce模型，上期没有告诉大家如何使用LTspice导入第三方文件，这里先详细介绍下LTspice怎么用吧（我主要用这个软件做仿真，如果已经知道怎么导入第三方模型的兄弟，可以先跳过下面这一小节）。
LTspice导入TI的TLV9062的模型详细步骤1、TI官网（下载）tlv9062的spice模型，将文件tlv9062放置到库目录下面2、按下面步骤添加理想模型opamp2，放置好器件3、按快捷键“T”，选择“SPICE directive”，输入“.include tlv9062.lib”,点击“OK”4、右键运放，将opamp2改成“tlv9062”，这个模型就可以使用了学会了怎么添加第三方模型，我们下面就正式进入正题——如何仿真稳定性仿真的原理以下图为例，这个放大10倍的电路如何仿真稳定性呢？从前几期文章我们知道，稳定性分析的基本原理就是看环路增益，最直观的莫过于画出环路增益的波特图。
仿真原理就是依据这个：我们让（信号）在环路里面跑一圈，输出与输入的比值就是环路增益。
那如何求呢？容易想到，我们断开环路的一处节点，断开后就会得到两个端点，我们从一个端点注入信号Vin，那么信号跑一圈之后，在另外一个端点就会得到一个信号Vout，按照前面所说的，环路增益=Vout/Vin，我们使用软件画出Vout/Vin的曲线，这个曲线也就是环路增益曲线，通过曲线，我们就可以判断电路是否稳定了。
上面这一段话换成实操就是：1、去掉电路原本的激励输入，即V1两端短接2、剪开环路：剪开输出端到反馈（电阻）（一般都是剪开这里），得到两个端点，反馈那边命名为Vin，另外一个端点命名为Vout 如下图所示：我们在仿真软件里面直接运行右边的电路是否可行呢？答案是不行的，因为断开了反馈环路之后，这个运放的静态工作点受到了影响，即直流偏置不对，因此呢，我们还要把电路改造一下。
两级运放设计与仿真报告
两级运放设计与仿真报告引言两级运放是一种常用的电路配置，具有在放大信号时增益稳定、频率响应宽、噪声低等特点。
本报告将介绍两级运放的设计与仿真过程，包括电路设计原理、参数选择、电路模拟与性能评估等内容。
设计原理两级运放主要由两个级联的运放组成，第一级运放作为输入级，主要负责增益放大和输入阻抗匹配；第二级运放作为输出级，主要负责提供电流放大和输出阻抗匹配。
通过合理选择运放参数和电阻分压比，可以实现所需的放大倍数和频率响应。
参数选择在设计过程中，首先需要确定所需的放大倍数和频率响应范围。
然后根据运放的特性参数，如增益带宽积、输入输出阻抗等，选择合适的运放器件。
通常使用的运放器件有型号为LM741、LT1001等。
电路设计根据参数选择，可以开始进行电路设计。
首先确定输入电阻，选择合适的电阻值以使得输入阻抗满足要求。
然后计算电阻分压比，以确定电压放大倍数。
接下来选择适当的电容值以确保频率响应满足要求。
电路仿真一般使用电路设计软件进行仿真。
根据电路设计原理和参数选择，输入正确的电路图和器件参数，进行仿真分析。
通过观察波形、频率响应曲线等结果，评估电路性能和稳定性。
性能评估通过仿真结果，可以评估电路的性能和稳定性。
主要包括增益稳定性、频率响应范围、失调电压、失调电流等指标。
根据仿真结果，可以对电路参数做出调整，以改善电路性能。
结论通过两级运放设计与仿真，我们可以实现对输入信号的放大和频率响应的控制。
通过选择合适的运放器件、参数以及电阻分压比和电容值，可以实现所需的放大倍数和频率响应范围。
通过仿真分析，可以评估电路性能和稳定性，并进行参数调整以改善电路性能。
[1] Sedra, A. S., & Smith, K. C. (2004). Microelectronic circuits. New York: Oxford University Press.[2] Razavi, B. (2024). Design of analog CMOS integrated circuits. McGraw-Hill Education.[3] Haigh, P. A., & Gác, P. (2024). Practical amplifier diagrams. New York: Springer.。
反相运算放大电路的仿真
实验一 反相运算放大电路的仿真姓名：谢朗 班级：电子信息工程112班 学号：7020911048 成绩：【实验目的】（1）熟悉并学会运用Multisim 软件，学会一些基本的仿真器件。
（2）学会运算放大器的工作原理，巩固运算放大器的知识。
【实验器材】（1）6只1K 电阻、1只10K 电阻、1只7.5K 电阻、1只20K 电阻。
（2）一个运算放大器、一个示波器、信号源（3）导线、1只1uF 电容【实验原理】一、理想运算放大器的基本特性（1） 开环增益A ud 等于无穷大。
（2） 输入阻抗无穷大。
（3） 输入阻抗等于0.（4） 带宽无穷大。
（5） v p =v n ,即虚短。
（6） i p =i n =0,即虚断。
二、反相比例放大电路1、基本电路电路如图所示，输入电压通过R1作用于运放的反相端，R2跨接在运放的输出端和反相端之间，同相端接地，由虚短和虚断的概念可知，通过R3的电流为零，所以反相输入端的电位接近于地电位，故称为虚地。
虚地的存在是反相放大电路在闭环工作状态下的重要特征。
2、反相端为虚地点，即v n =0，由虚断的概念可知，通过R1的电流等于通过R2的电流故有012i n nv v v v R R --=所以 R R v v A i u 120-== 上式表明，该电路的电压增益是电阻R1与R2的比值。
负号表明输出电压与输出电压相位相反。
3、输入电阻R iR i =R R v v i v i i i i 11== 三、反相积分电路电路假设电容器C 初始电压为0，根据虚断和虚短可知：010111I n I dt dt c c R dt RC v v v i v v -===-⎰⎰⎰上式表明，输出电压为输入电压对时间的积分，负号表示它们在相位上是相反的。
四、反相微分电路设t=0时，电容器的电压为0，当信号电压接入后，有101I In d C dtd R RCdt v i v v v i =-== 从而 0I d RC dt v v =-上式表明，输出电压正比于输入电压对时间的微商，负号表示它们在相位上是相反的。
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运放的仿真与分析1.基本仿真流程(1)电路仿真界面：进入UNIX系统，按键“Ctrl+t”出现下图窗口：图1输入“icfb&”回车后出现下图窗口。
图2注：有关镜像的操作：图2中选择“Library Path Editor”出现下图窗口:图3左栏为文件名，右栏为路径；或者打开文件cds.lib 按下图编写文件图4图5File→New→Library(opam)→(New)Cell View进入电路图编辑界面，画相应的放大器电路，如下图图6(2)调用相关器件器件的调用操作：按快捷键“i”，选择library，以及相应的器件（nmos，pmos，res，cap等）注：模型名要与模型库中的相应名称相同。
打开模型库的.scs文件，查看模型名和器件的基本参数（,,t V ）：ox th// Models included in this release ://// Model Name Description// ----------- ----------------------------------------------------------------------// nmos_1p8 BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) NMOS transistor// pmos_1p8 BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) PMOS transistor// nmos_3p3 BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) NMOS transistor// pmos_3p3 BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) PMOS transistor// nmos_1p8_nat BSIM3v3 model for thin-gate (1.8V) Native NMOS transistor// nmos_3p3_nat BSIM3v3 model for thick-gate (3.3V) Native NMOS transistorsection nmos_1p8_tmodel nmos_1p8 bsim3v3 {0: type=n+ lmin=1.8e-007 lmax=3.5e-007 wmin=2.2e-007………………………………………………………….+ xw=0 tox=3.5e-009 toxm=3.5e-009…………………………………………………+ xpart=0 vth0=0.39851301 lvth0=1.1573677e-008…………………………………………………..+ cdscd=0 cit=0.0017786 u0=0.035597185………………………………….//***************************************************************************** section pmos_1p8_tmodel pmos_1p8 bsim3v3 { 0: type=p+ lmin=1.8e-007 lmax=3.5e-007 wmin=2.2e-007………………………………………………….+ xl=0 xw=0 tox=3.5554e-009…………………………………………….+ cgdo=3.051e-010 xpart=0 vth0=-0.39889023…………………………………………..+ u0=0.0078211697 lu0=1.2538533e-010 wu0=5.1065658e-010…………..…………………………….注：在sim.scs 文件中没有表示沟道调制效应的参数λ，因而需要测量计算： 修正后的漏电流为 2()(1)D n GS T DS i K v V v λ=-+图7如图可求出λ。
10.1()V Lλ-≈计算出以下常见参数值：1430,9,8.8510 3.99.866103.510rox nmos ox nmosF cm C F t mεε---⨯⨯===⨯⨯1430,9,8.8510 3.99.712103.555410rox pmos ox pmosF cm C F t mεε---⨯⨯===⨯⨯'32,0.0355971859.8658910351.20(/)n o x n m o sK n C A V μμ-==⨯⨯≈ '32,0.00782116979.712161075.96(/)p ox pmos Kp C A V μμ-==⨯⨯≈(3) Analog Environment如下图7选择Tool→ Analog Environment图8 图9图8中选择Setup→Simulator/Directory/Host…如出现下图窗口，可选相关的仿真器。
（我们选择默认的spectre）图10仿真库的添加：图8中Setup→Model Library图11出现上图界面，点击“Browse”，选择路径和sim.scs文件。
其中sim.scs文件，即编写的Include文件：include"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=diode_typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=bjt_typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=res_typicalinclude"/export/home/denghh/lib/chrt018IC_Rev1F_20090413/models/YI-093-SM011/sm093011-1f.scs" section=typ_mimcap（4）选择仿真的类型图8中选择Analyses Choose图12如下图选择相应的仿真类型：tran，dc，ac等（此为DC仿真）图132.运放的仿真与分析(1)仿真平台图14 偏置电路设计中往往是给一个模块电路提供一个由带隙基准产生的电流，或者由经过温度补偿的稳定电流源电路提供的一个电流，并由该模块自身产生各MOS管的偏置电压。
图14中的偏置电路可由镜像电流源的W/L比确定各支路的电流，如之路上端所示，根据GS TH V V 计算出偏置电压。
例如，可求出Vm7150和Vm7151，Vm7150=Vgs （M29）=0.625V ，Vm7151=Vgs （M27）=0.924V 静态仿真后发现Vm1751差别比较大，因为M29工作在线性区。
实际设计中，应该根据运放的所需要的偏置电压来设计符合要求的偏置电路。
在提供的基准电流源下，根据22()ox GS TH W IL C V V m =-，计算偏置电路的尺寸。
图15 两级运放（包含米勒补偿电路）这是一个两级运放，第一级为共源共栅差分输出的套筒式结构，第二级为电流源负载的差分结构，还设计了密勒补偿，保证电路的稳定工作。
第一级增益 1111313557(//)m o m m o o m o o A G R g g r r g r r =-=-第二级增益222991(//)m o m o A G R g r r=-=- 整个运放的增益1213135579911(//)(//)m m o o m o o m o A A A g g r r g r r g r r ==密勒补偿：第一极点（主极点） 12211cP gm R R C -=第二极点 222gm P C -=第三极点 311z P R C -=零点 ()1211c z Z C gm R =-1C ，2C 分别为运算放大器的第一级输出电容，第二级输出电容,在补偿电容c C 前馈通路中插进与c C 串联的调零电阻z R 消除零点的影响.221c z cC C R C gm 骣+琪=琪桫,c C由gm =1214.782gm gm mA V ==，5396.149, 2.347gm gm mA V gm mA V ===由010.1,D r I Lλλ≈=，计算得01030507090111.607,2.6791.531, 2.551r r r k r k r k r k ===Ω=Ω=Ω=Ω有静态分析可得，理论值与实际值相差不大。
图16 CMBF 共模反馈电路在高增益放大器中，要求p 型电流源与n 型电流源相平衡是不可能实现的，因而要求“共模反馈（CMFB ）”。
其原理是：当共模输出电压增大时，使反馈到尾电流源的电压增大，尾电流增加从而使输出电压降低，趋近于Vcm 。
图14 中，M13、M15偏置在固定的电流，M14、M16由共模反馈电路的输出驱动。
图17 负载电路此为电路的模拟负载，包含CMFB和下一级的负载。
注：以上是开环电路，未使用反馈回路(2)运放的相关性能参数仿真a) dc仿真如图12所示设置。
查看静态工作点，如下图：Result→Print→DC Node V oltages图18选择需要查看的某一器件的静态工作点，显示下图,region 为2饱和区，1为线性区，0为截止区，4为亚阈值区。
还有vgs，vds，vth等都可查看图19若选择Result →Print →DC Operating Points ，在电路图中，可以看到所有器件的工作状态，静态电流，电压以及静态功耗等。
静态功耗：各支路电路电流的和与电源电压的乘积。
理论计算：I=70uA(130.5 1.44 2.40.4316216.224 1.62)84.3470 1.810.63P w r I V W m W μ=+⨯+++⨯+⨯+⨯+⨯++⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 仿真值：7.287mWb) ac 仿真（如下图设置，频率从0到10G ，间隔0.1）图20输入ac激励源和电源:查看结果：Result→ Direct Plot→AC Magnitude & Phase图22 AC仿真结果如下图图23调整曲线显示方式：双击曲线弹出下图对话框图24图25由图24可得到，增益为1（或0dB ）时的相位，即相位裕度为46°，需提高到60°左右，增益为95.28dB ，单位增益带宽2.14GHz 。