两级运算放大器
典型的两级运放环路稳定性分析
典型的两级运算放大器环路稳定性分析典型的两级运放如图所示，负载电容CL=50fF。
首先建立静态工作点。
加偏置电流I0=4uA,加共模输入电平1.25V。
仿真后得到结果如下，静态工作点是合适的。
1.开环分析米勒补偿前做开环分析如下，显然，这是不合适的。
加米勒补偿电容Cc=200fF，做开环分析如下，显然，这也是不合适的。
这是由于电路中存在零点造成的。
加入调零电阻Rz=40K，，仿真结果如下。
可以看出，，，相位裕度为40度，不够。
可通过加大补偿电容来进一步分裂p1，p2主次极点。
（已尝试过加米勒补偿电容Cc=300fF可以得到大于60度的相位裕度）。
但是本次设计的运放用在负反馈环路中，故只需要负反馈环路是稳定的就达到设计标准。
理论计算。
查看各管子的静态工作点。
，，，即。
，，，即。
，。
理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值与仿真结果40度偏差较大。
2.在负反馈环路中做环路稳定性分析：从上图可以看出，加入反馈电阻网络R1，R2后就打破了原有的静态工作点：主要是反馈电阻网络R1，R2中的电流由M7管提供，所以M7管的静态工作点打破了，即运放的第二级跨导GmⅡ，输出电阻R2都变了。
从波特图中可以看出相位裕度为77度，满足设计标准。
理论计算：查看各管子的静态工作点。
，，，即。
，，，即。
，。
理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值与仿真结果77度偏差较大。
此结果可能是由于gm7变大，原来的调零电阻RZ过大造成的。
现在改变调零电阻Rz=25K，，仿真结果如下：此时，相位裕度为63度，满足设计标准。
3.改用大电感大电容仿真环路增益：仿真方法如上图所示，将环路断开，加入大电感L0=1GH通直流以建立直流工作点，并且断开交流通路，加入大电容C3=1GF通交流小信号V8。
从仿真结果图中可以看出相位裕度为70度。
不同的仿真方式所得到的结果略有误差。
两级运算放大器设计文档-20150116
点，使补偿后的运放只有一个极点。这就要求：
fZ
1
2
CC
(
g
m
1 6
RZ
)
gm6
2 CL
RZ
CC CL gm6 CC
(b) 消去零点。即将零点移至无穷远处。这就要求
gm6Rz 1
(c) 将零点移到左半平面略大于 GBW 的位置。一般为 1.2 倍 GBW 处（why？）， 原因：1,2GBW 处的零点既不影响幅度特性，又能很好地贡献相位裕度。
=
������������ ������������
=
������������1 2������������������
=
������������1 ������������1
������������1
1 2������������������
（5）
B 相位补偿分析：
如图 1 电路，加入一个与 Cc 的串联电阻之后，电路的零点变为：
第六章 仿真
6.1 直流增益、带宽和相位裕度
结果说明
A1 A2 增益 3dB带宽 增益带宽积 相位裕度
16.64 20.8 50.8dB 4.2MHZ 1.88GHZ 62deg
仿真结果图示
6.2 偏置电路设计：
注：此电路没有做输入偏置，后续工作应做一个 342mv 的偏置供输入。
放大器 symbol 测试
W 502.392u 502.392u 155.416u 155.416u 342.083u 104.154u 849.32u 306.99u
5.4 计算&仿真参数
DC参数 Vout Vp Vgs1 Vgs2 id1 id2
两级运算放大器参数计算
两级运算放大器参数计算运放（运算放大器）是指一种能放大输入信号的电子设备，常用于放大低电平的信号以及信号调节、滤波、放大等应用。
运放具有非常好的线性特性，输入信号经过运放放大后，输出信号基本保持与输入信号相同的形状，但放大了很多倍。
在运放的应用中，常常需要根据具体的要求来选择适合的电路和参数。
其中，两级运放是一种常用的放大器电路，由两个运放组成。
在计算两级运放的参数之前，我们需要明确以下几个概念：1. 增益（Gain）：运放的增益是指输出信号与输入信号之间的比值关系，通常以倍数或者分贝（dB）来表示。
增益越大，输出信号就越大。
2. 带宽（Bandwidth）：运放的带宽是指在一定范围内，运放输出信号的幅度能够保持线性增益的频率范围。
带宽越大，运放的频率响应范围就越宽。
3. 输入阻抗（Input Impedance）和输出阻抗（Output Impedance）：输入阻抗是指运放输入端的电阻，输出阻抗是指运放输出端的电阻。
输入输出阻抗越大，对待放大的信号影响越小。
下面以电压放大器为例，介绍两级运放的参数计算：1.增益的计算：两级运放的增益等于第一级运放的增益与第二级运放的增益相乘。
增益的计算方法可以通过运放的数据手册来获取，或者通过实验测量得到。
2.带宽的计算：两级运放的带宽等于第一级运放的带宽与第二级运放的带宽取较小值。
带宽的计算方法也可以通过运放的数据手册来获取。
3.输入阻抗的计算：两级运放的输入阻抗等于第一级运放的输入阻抗与第二级运放的输入阻抗相乘。
输入阻抗的计算方法可以通过运放的数据手册来获取。
4.输出阻抗的计算：两级运放的输出阻抗等于第一级运放的输出阻抗与第二级运放的输出阻抗相乘。
输出阻抗的计算方法可以通过运放的数据手册来获取。
需要注意的是，两级运放的参数计算可能受到电源电压、工作温度等因素的影响，因此在实际应用中还需要考虑这些因素，并选择合适的电源和工作环境。
除了上述参数计算，还可以通过仿真软件进行两级运放的电路设计和参数优化。
两级CMOS运算放大器设计
从CC和GB的表达式来确定输入晶体管的跨导，可以用下面方程来计算跨导gm2
gm2 GB CC
从而可直接求得输入晶体管M2的宽长比
W L2
gm22 K2` I5
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两级CMOS运算放大器的设计步骤（3）
下面利用共模电压范围（低电平）计算M5的饱和电压：
VDS5 Vin(min)I51VT1(max) 若VDS5＜100mV，则可能会使(W/L)5过大，这是不可接受的。若VDS5＜0V，则 说明所确定的共模范围CMR的技术规范太严了。为此，我们可以减小I5或增加 (W/L)1。注意，应考虑条件改变后对前面设计步骤的影呐。这样反复迭代，直 到获得满意的结果。由求得的VDS5及(W/L)5为
↓1/2
↑1/2
↑
L
W/L
↑
↑1/2
M7 补偿电容 CC
L
↑
增大GB
↑1/2
↑1/2
↓
增大RHP零点
↑1/2
↑1/2
↓
增大SR
↑
↓
增大 CL
↑
在完成以上计算和设计后，可以采用Spice仿真软件进行仿真验证。
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四、两级运放的仿真和测试
仿真是对设计的细化和验证，对精度的提高，对 性能的优化，是一个主次逼近理想值的过程。
运放平衡时有：I5=I6=I7，因此可得：
W L7
WL5
I6 I5
最后检查运放的总增益和运放功耗：
AV I522g3m 2Ig6m 667
如果增益太低，许多参数还可再做调整。
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运放的性能与器件、电流之间的关系
漏极电流
M1和M2 M3和M4 M6
两级运放比例电路
两级运放比例电路摘要：1.两级运放比例电路的概念2.两级运放比例电路的组成部分3.两级运放比例电路的工作原理4.两级运放比例电路的应用领域5.两级运放比例电路的优缺点正文：两级运放比例电路，顾名思义，是一种使用两个运算放大器来实现信号放大的电路。
在电子工程领域，它被广泛应用于各种信号处理、放大和控制系统。
两级运放比例电路主要由三个部分组成：第一级运算放大器、第二级运算放大器以及外部反馈电阻。
其中，第一级运算放大器负责对输入信号进行放大，而第二级运算放大器则对第一级放大后的信号进行进一步放大。
外部反馈电阻则用于将输出信号反馈给第一级运算放大器，以实现电路的稳定工作。
两级运放比例电路的工作原理如下：首先，输入信号加在第一级运算放大器的非反相输入端，经过放大后输出一个放大后的信号。
这个信号再作为第二级运算放大器的输入，再次放大后输出一个更大的信号。
通过外部反馈电阻，将输出信号的一部分反馈给第一级运算放大器的反相输入端，从而实现电路的稳定工作。
在实际应用中，两级运放比例电路广泛应用于各种电子设备和系统中。
例如，在音频放大器中，它可以帮助我们将输入信号放大，以便驱动扬声器发出更大的声音。
在自动控制系统中，两级运放比例电路则可以用于对各种传感器信号进行放大和处理，从而实现对系统的精确控制。
尽管两级运放比例电路具有出色的信号放大性能，但它也存在一些不足之处。
例如，由于电路中使用了两个运算放大器，因此其成本相对较高。
此外，两级运放比例电路的性能受温度影响较大，需要在实际应用中注意进行温度补偿。
总之，两级运放比例电路作为一种重要的信号放大手段，在电子工程领域具有广泛的应用前景。
CMOS两级运放设计解读
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：共模输入电压开环直流增益单位增益带宽相位裕度转换速率负载电容静态功耗电流共模抑制比PSRR固定在〔V DD V SS〕260dB30MHZ60deg ree30Vus3 pF1mA60dB60dB2 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 Id1,2I d 3,4I d 5 / 2 。
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：gm1Av1gds2gds4第二极共源放大器的电压增益为gm6Av2gds6gds7所以二级放大器的总的电压增益为A vgm1gm62g m2gm6A v1Av2gds4g ds6gds7I 5( 2 4)I 6( 6 7)gds23.2 频率特性分析设C1为第一级输出节点到地的总电容，有C1 C GD2 C DB 2 C GD 4 C DB4 C GS6 设C2表示第二级输出节点与地之间的总电容，有C 2 C DB6 C DB7 C GD7 C L一般，由于C L远大于晶体管电容，所以C2远大于C1 , 可以解出电路的传输函数为V 0 g m1 g m6 s C c R1R2V id as2 bs 1其中：C1C 2 C c C1 C 2 R1 R2ab C1R1 C 2R2 C c g m6 R1 R2 R1 R2可以得到右半平面零点为f zg m62C c 从而电路的主极点f d1g m 6R1 R2C c而次极点f nd gm 6 C L由于C2和C C远大于C1，而C1中最主要的局部为C GS6 , C2中那么以C L 为主，经过适当近似，可以得到单位增益带宽为GBW A0 fdg m1 2C c3.3 共模抑制比分析如果运放有差分输入和单端输出，小信号输出电压可以描述为差分和共模输入电压的方程V O A dm V id A cm V ic其中A dm是差模增益，有A dm A0，A cm是共模增益。
两级密勒补偿运算放大器
两级密勒补偿运算放大器哎呀，今天咱们聊聊一个特别有趣的话题——两级密勒补偿运算放大器。
听起来好像很复杂，但其实就像是做一道简单的菜，步骤虽然多，但每一步都不难。
想象一下，咱们在厨房里翻滚，偶尔放点盐，偶尔加点糖，最终做出一盘美味佳肴，嘿，就是这个感觉。
先来看看运放吧。
运算放大器，简单来说就是一个神奇的小盒子，能够放大信号。
就像你的好朋友，总是在你耳边鼓励你，告诉你“你行的！”把你的声音放大，帮助你在这个嘈杂的世界中被听见。
可是，有时候这信号放得太过火，就像小孩吃糖吃多了，容易上火。
于是呢，密勒补偿就应运而生啦！它就像是给运放加了个保护罩，让它不至于“失控”。
说到两级密勒补偿，名字听起来像是某个高大上的学术会议，其实就是运放的一个设计方案。
两级，顾名思义，就是有两个放大阶段。
想象一下，你开车要上坡，第一挡慢慢助跑，到了中间再换到第二挡，速度越来越快。
运放也是如此，先在第一阶段把信号放大，再进入第二阶段，让信号飞起来！这样设计的好处就是提升了带宽，让运放的工作更高效，不容易出错。
要说这密勒补偿，那真是运放界的小精灵。
它就像是给运放的两个部分搭了一座桥，让它们更好地配合，减少那些让人烦心的干扰和失真。
举个简单的例子，想象你在参加一个派对，周围的人说话都很大声，这时候你得提高音量才能听到你朋友说的话。
密勒补偿就像是一个专门的音量控制器，把干扰声降低，让你的信号清晰可见。
这种设计也不是说完美无缺。
就像咱们生活中有些事情总是有得有失，密勒补偿虽然能提高稳定性，但也带来了一定的相位延迟。
这样一来，在高频信号下，可能就会遇到点小麻烦。
就像你在玩飞盘，飞得太快，手一抖，飞盘就跑偏了。
为了平衡这个问题，设计师们需要在实现高效与稳定之间找到一个最佳点。
好啦，听到这里，可能会有人说，这运放和密勒补偿听上去有点晦涩。
不过没关系，咱们可以把它想象成一场精心编排的舞蹈。
每个部位都要协调配合，不然就会出现踩脚的尴尬。
设计师就像是舞蹈教练，确保每个动作都流畅自然，让整场表演完美无瑕。
两级运放比例电路
两级运放比例电路两级运放比例电路是一种常见的电子电路，广泛应用于各种电子设备和系统中。
它的核心部分是运算放大器，通过合理的电路设计，实现输入信号与输出信号的比例关系。
下面将从基本概念、组成元件、工作原理、应用场景、调试与优化等方面进行全面解析。
一、两级运放比例电路的基本概念两级运放比例电路，顾名思义，是由两个运算放大器级联组成的电路。
运算放大器（Op-Amp）是一种具有高增益、宽频带、低噪声、低失真等优良特性的模拟电路。
通过级联两个运算放大器，可以实现对输入信号的放大、滤波、模拟计算等功能，从而满足各种应用场景的需求。
二、两级运放比例电路的组成元件1.运算放大器：两级运放比例电路的核心元件，负责对输入信号进行放大和处理。
2.电阻：用于设定运算放大器的增益和反馈系数，进而控制输出信号的比例关系。
3.电容：用于滤波和耦合，消除电路中的高频干扰和噪声。
4.电感：用于抑制高频干扰和切断交流信号，保证电路的稳定性。
三、两级运放比例电路的工作原理两级运放比例电路的工作原理主要基于运算放大器的反馈原理。
当输入信号经过第一个运算放大器放大后，其输出信号作为第二个运算放大器的输入信号，通过调整电阻和电容的数值，实现对输出信号的比例控制。
根据运算放大器的闭环增益公式，可以计算出所需的电阻和电容值，从而实现所需的输出比例。
四、两级运放比例电路的应用场景1.放大和滤波：在音频、视频等领域，用于放大和滤波处理，提高信号质量。
2.模拟计算：在自动控制、仪器仪表等领域，用于实现复杂的模拟计算功能。
3.传感器信号处理：在各种传感器系统中，用于处理传感器输出的微小信号，提高测量精度。
4.无线通信：在无线通信系统中，用于放大和滤波处理，提高信号传输质量。
五、两级运放比例电路的调试与优化1.调试：在搭建两级运放比例电路后，通过示波器等测试仪器，检查电路的放大倍数、带宽、噪声等性能指标，确保电路正常工作。
2.优化：根据实际应用需求，调整电阻、电容等元件的数值，以实现更高的增益、更宽的带宽和更好的噪声性能。
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两级运算放大器实验报告
一、实验名称：两级运算放大器
二、实验目的：
1.熟悉掌握Orcad captureCIS的使用方法以及常见的仿真方法和参数设置。
2.利用Orcad captureCIS设计两级运算放大器，并完成要求功能。
3.掌握运算放大器中的增益、带宽、输出摆幅、压摆率、速率、噪声等各个参数之间的折中调试。
三、实验步骤：
（一）参数要求：
1.电源电压VCC=
2.7V.
2.CL=10pF.
3.增益Ad>80dB.
4.增益带宽积GW>5M.
5.共模电压输入范围ICMR=1~2V.
6.共模抑制比CMRR>70dB.
7.输出电压摆幅>2V.
8.diss<1mW.
9.SR>10V/us
（二）实验步骤及数据：
（1）由参数要求，共模电压输入范围为1~2V，电源电压为2.7V，Pdiss<1mW，由这些参数以及相位余度要为60度，由相应的公式估算出来，电路如图所示：
如电路所示，为一个差分输入级与共源放大器组成，采用了密勒补偿，按照计算步骤确定各个元件参数之后，下边进行仿真验证与调试。
（2）交流仿真验证增益带宽是否满足，仿真结果如图所示：
如图结果，增益Av=82dB，增益带宽积GW=6.6M，相位裕度有42度，满足要求，并且还有一定的余量。
（3）交流仿真验证共模电压输入范围ICMR与共模抑制比CMRR是否满足要求，仿真电路如图所示：
1、在仿真验证CMRR之前，先做了一个增益随共模输入电压的变化曲线，大致了解共模电压输入范围，结果如图所示：
如图所示，增益在大于80dB时，共模电压输入范围为0.96V~2.66V，能达到要求，且还有余量。
2、现在仿真验证一下CMRR随共模电压的变化曲线，需要更改仿真电路图，更改的电路图如图所示：
如图所示，由于要同时产生差模放大与共模放大，所以复制一个电路出来用以产生共模放大输出，仿真结果如图所示：
由仿真结果可以看出，在增益大于80dB时，共模电压输入范围为0.56V~2.65V，由此得出的参数满足要求，且有一定余量。
仿真验证共模抑制比CMRR是否满足要求，仿真电路与上图相同，结果如图所示：
如图为共模抑制比CMRR的仿真曲线，有曲线可以看出CMRR为89dB，远超出要求参数，满足要求。
(4)验证电压输出摆幅，需要更改电路，得到输出电压随差模输入电压的变化曲线，更改后的电路如图：
用此电路进行DC扫描，观察输出电压随差模输入电压的曲线，结果如图：
如图所示，最小输出电压为0.27V，最大输出电压为2.4V，所以得到输出电压摆幅为2.13V，满足设计参数要求，且有余量。
四、心得体会：
通过这次实验，掌握了Orcad Capture CIS的使用，及使用它调节静态工作点，确定宽长比，以及利用软件分析某一变量随一参数改变的曲线关系，从而得到需要设定的值。
还有交流仿真，及其参数设定。
一定程度上掌握了放大器的这种关系，同时，自己对实验中出现问题的分析和处理能力得到了很大的提高。