运放基本电路的设计与仿真
高输入阻抗放大电路的设计仿真与实现
课程设计任务书学生姓名：侯俊杰专业班级：电信101指导教师：孟哲工作单位：信息工程学院题目: 高输入阻抗放大电路的设计仿真与实现初始条件：可选元件：运算放大器，三极管，电阻、电位器、电容、二极管若干，直流电源Vcc= +12V，V EE= -12V，或自选元器件。
可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，毫伏表等。
要求完成的主要任务:（1）设计任务根据要求，完成对高输入阻抗放大电路的设计、装配与调试，鼓励自制稳压电源。
（2）设计要求错误!未找到引用源。
电压增益>=100，输入信号频率<100HZ,共模抑制比≥60dB；②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计；③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能；④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书；⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。
时间安排：1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。
2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要本课设是基于模拟电子技术基础课程的高输入阻抗放大器的设计，本设计主要由三个部分组成,输入级由场效应管等组成的差分放大电路,中间级由共射极的偏置电路形成放大电路,镜像电流源来提供输入稳定的电流。
首先主要就集成放大器及其组成、反相比例运算电路、电压串联负反馈、镜像电流源和差分放大电路作了简要的分析，重点介绍了高输入阻抗放大器电路的设计、理论分析、仿真与电路的安装调试。
本实验设计的高输入阻抗放大电路,能够接很高输入负载,在10k欧姆到1M 欧姆之间变化也能达到电压放大约为100倍的效果。
而且利用场效应管组成的差分放大电路达到共模抑制比>=60DB的要求。
关键词：集成放大器反相比例放大器镜像电流源差分放大电路高输入阻抗放大电路仿真目录摘要 (2)1、集成运算放大器及其组成 (4)2、高输入阻抗的原理 (5)2.1.1零点漂移 (5)2.1.2差模信号与共模信号 (5)2.1.3共模抑制比 (6)2.1.4差分放大电路的分析 (6)2.2镜像恒流源 (8)2.2.1电路特点 (9)2.2.2电路分析 (9)2.3反向比例电路 (9)2.4电压串联负反馈 (10)3、高输入阻抗放大器的设计 (11)3.1方案选择及分析 (11)3.2电路设计 (12)3.3仿真 (14)3.4 PCB的制作 (18)4、实物安装和调试....................................................................................................24.5、设计总结 (26)参考文献 (27)附录1 (28)附录2 (29)附录3 (30)1、集成运算放大器及其组成集成运算放大器简称集成运放，是一种模拟集成电路。
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二．实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
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、对数等模拟运算电路。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图8—1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-=R 3= R 1‖R 2‖R F 3)同相比例运算电路图8—3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—3(b)所示的电压跟随器，图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
运算放大器的设计与仿真-安超群
9、电源稳定性的判断，可以采用“巴克豪森判据”，即一个稳定的负反馈系 统需要满足的条件是在环路增益为 1时，反馈信号的相位变化小于180deg ；或当 反馈信号相位变化达到180deg 时，环路增益小于1。其数学表达式如下：
一个系统开环传递函数如果在右半平面存在极点，则系统是不稳定的。如果 只存在左半平面极点和零点，那么需要进一步在波特图中分析系统稳定性。
四、应用于DC-DC中的误差放大器
参考资料
模拟CMOS集成电路设计。毕查德.拉扎维。 模拟集成电路设计与仿真。何乐年。 CMOS模拟集成电路设计。P.E.Allen. 下载资料： CMOS运放性能参数仿真规范。 运放稳定性。 Frequency response.
谢 谢！
一、运放基础知识
? 几种常见的运放结构 ? 负反馈的基本原理 ? 运放性能指标参数
1.运放的基本结构
套筒式
折叠式
两级运放
2.负反馈基本原理
H(S)称为开环传输函数 Y(S)/X(S)称为闭环传输函数
T定义为环路增 益
增益误差是实际闭环增益与理想值偏差的百分数
例：图中的电路被设计成额定增益为 10，即1+R1/R2=10。要 求增益误差为1%，确定开环增益的最小值。
判断如下系统是否稳定？
两级运放的补偿 问题：为什么两级运放需要补偿？
密勒补偿原理：
控制零点的密勒补偿
测试原理图如下所示：
环路稳定性测试
环路增益，开环增益，闭环增益的关系？ 零极点的联系？
闭合速度稳定性检查法
如何估计零极点？
实例环路稳定性分析
开环 环路
闭环
由图可知，开环 GBW 必须小于闭环 的零点，才能保证环路的稳定性。
基于Multisim的集成运放应用电路仿真分析
www�ele169�com | 75电子基础集成运算放大器简称集成运放，是集成电路中应用极为广泛的一种。
由于这种放大器早期是在模拟计算机中实现数学运算，故名运算放大器。
现在它的应用已远远超出了模拟计算的范畴，在信号处理、在信号运算以及在振荡电路中都得到了十分广泛的应用。
无论对于哪种应用电路，用传统方法精确分析都是十分困难的，而用Multisim 软件则可灵活方便的进行仿真分析。
下面用Multisim 仿真软件对由集成运放构成的应用电路进行仿真分析。
1 RC 正弦波振荡电路图1是RC 正弦波振荡电路，当接通振荡电路的电源时，在电路中会激起一个微小的扰动信号，这是起始信号。
它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量，为了得到单一频率的正弦输出信号，电路中必须有选频环节；为了让它幅值增大，振荡电路中必须有放大和正反馈环节；为了不让它无限增长而逐渐趋于稳定，电路中还必须有稳幅环节。
因此，正弦波振荡电路需包含放大、正反馈、选频和稳幅四个主要部分。
从1u >F A 到1u =F A ，这就是自激振荡的建立过程。
欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须使电路满足1u >F A 的条件。
这样，在接通电源后，振荡电路才有可能自行起振，并经过稳幅最后趋于稳定持续振荡状态。
稳幅环节利用前面学过的二极管，如果振幅相对较小时，说明两个二极管都处在截止状态，此时二极管将会呈现出非常大的电阻，电路起振后，由于正反馈的作用，增幅振荡便开始在电路中产生，随着振荡幅度的逐步增加，二极管流过的电流也会随之增加，当二极管逐渐开始导通之后，等效电阻也会逐渐减少，那么A 也会跟着自动减少，从而生产自动稳幅的效果。
输出正弦波形如图2所示。
当电阻1122 3.2R R k ==Ω，1122100C C nF ==时，根据公式12f RCπ=，理论计算值498f Hz =，实测频率483f Hz =，分析产生误差的原因，在计算中 3.14π=，搭建实际电路时，选取的电阻也存在误差。
virtuoso运放基础参数仿真方法
virtuoso运放基础参数仿真方法Virtuoso is a type of operational amplifier, also known as op-amp, used in electronic circuits to amplify weak electric signals. It is essential to understand the basic parameters of the Virtuoso op-amp in order to effectively simulate its performance and behavior in various circuit designs.Virtuoso运放是一种运算放大器，也称为运放，用于电子电路中放大弱电信号。
在有效地模拟Virtuoso运放在各种电路设计中的性能和行为之前，了解其基本参数是至关重要的。
The first basic parameter to consider when simulating the Virtuoso op-amp is the open-loop gain, which is the gain of the amplifier when there is no feedback in the circuit. This parameter is crucial in determining the overall amplification capability of the op-amp and understanding its linear behavior. To simulate the open-loop gain, one can use SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) software to create a test circuit with the op-amp and measure the gain using the simulation results.模拟Virtuoso运放时首先要考虑的基本参数是开环增益，即在电路中没有反馈时放大器的增益。
四 Multisim仿真实例
R0kΩ
Rc2 10kΩ
T1
T2
Rb2 1kΩ
Io
190μA
T3
Rc3 5kΩ
图 7-1
+15V
T4 VO
Re4 －15V
例 2 电路如图 7-2 所示。求电路的闭环电压增益 Avf、输入电阻 Rif ，并与 手算闭环电压增益结果比较。
（仿真文档在光盘“feedback/ 2”文件夹中。）
例 3 电路如图 4-1（a）所示。设 BJT 的型号为 2N3904，β＝50，rbb′＝100Ω，
4
其他参数与例 1 相同。试分析 Ce 在 1μF 到 100μF 之间变化时，下限频率 fL 的变 化范围（Ce 为与 Re 并联的电容）。
（仿真文档在光盘“BJT/3”文件夹中。）
五、差分式放大电路仿真实例
IR
R
IO(IL)
+
+ VR −
IZ
+
VI
DZ
VO
RL
−
−
图 2-3
三、MOSFET 放大电路仿真实例
例 1 电路如图 3-1 所示。设 NMOS 管 T 的参数为 VT = 0.8V，Kn = 1mA/V2。 电路其他参数为 V DD= V SS= 5V，I = 0.5mA，R d = 7kΩ，R g = 200kΩ，Cs = 47μF， 输入信号采用振幅为 10mV，频率为 1kHz 的正弦波。试画出输出电压的波形。
（仿真文档在光盘“actual op-amp/1”文件夹中。）
+VCC
vi
R1
R
-
Rf
C1
vp
A +
R
C2
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。
【免费下载】二阶运算放大器设计与仿真
目录第一章绪论 (1)1.1、模拟集成电路概述 (1)1.1.1、模拟集成电路的设计特点 (1)1.2、模拟集成电路设计流程 (1)第二章二阶运算放大器 (3)2.1、运算放大器概述 (3)2.1.1、运算放大器的工作原理 (3)2.2、运算放大器的分类 (5)2.2.1、运算放大器的主要参数 (5)第三章二阶运算放大器仿真分析 (6)3.1、画电路图 (6)3.2、二阶运算放大器仿真分析 (7)第四章实训总结 (12)参考文献 (13)第一章绪论1.1、模拟集成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。
1.1.1、模拟集成电路的设计特点几何尺寸是设计的重要部分；通常涉及模数混合电路；模拟占20%、数字占80%的芯片面积；模拟需要80%的设计时间；模拟设计主要在电路级；成功的设计：2/3取决于模拟，1/3取决于数字。
1.2、模拟集成电路设计流程设计输入：以电路图或HDL语言的形式形成电路文件；输入的文件经过编译后，可以形成对电路逻辑模型的标准描述。
逻辑仿真（功能仿真）：对如上形成的逻辑描述加入输入测试信号，检查输出信号师傅哦满足设计要求；再此没有考虑任何时间关系，只是检测逻辑是否有错。
系统分割（设计综合）：采用特定的设计方法分解实现电路模型，得到电路实际采用的逻辑单元及其相互连接形式；在GA设计时，电路会分割为2-3输入的逻辑单元，在FPGA设计中，分割为4输入逻辑单元，而采用CPLD设计时，则分割为更大的逻辑单元。
三运放放大电路仿真
Vout=(vin2-Vin1)(1+2*R4/R6)*(R10/R8)测试波形输入10mVRed: 10mV*21=200mVBlue:200mV*10=2V2.0V1.5V1.0V0.5V0.0V-0.5V-1.0V-1.5V-2.0V0s10us20us30us40us50us60us70us80us90us100us V(VI,R3:2)V(VO,VO2)V(R10:1)TimeV(VIN1,VIN2)V(VO,VO2)Time参考文件三运放组成的仪表放大器电路分析仪表放大器与运算放大器的区别是什么？仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。
大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 Ω。
其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至50 nA。
与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧（mΩ）。
运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。
与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。
对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。
专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器？答案是肯定的。
使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。
电路如下图所示：输出电压表达式如图中所示。
看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的？为何上述电路可以实现仪表放大器？下面我们就将探讨这些问题。
在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路：如果R1 ＝R3，R2 ＝R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1) 这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。
首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。
在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于100 kΩ，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 kΩ。
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比较器的仿真
作业题4：使用LM293设计一个电压监测电路，当输入端电压高于4.2V时亮绿灯，当输入端电压低 于3.2V时亮红灯。使用Proteus仿真，将电路图和仿真结果截图后粘贴到报告中。
集电极开路
运放基本电路的设计与仿真
Proteus使用方法简介（新建文件）
Proteus是英国著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切 换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex 和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和 MATLAB等多种编译器。
反相放大器的设计、仿真和实验
Rf
Vin
R1
-
+
R2
Vout
作业题2：使用LM324设计一个增益为2的反相放大器，使用Proteus或TINA-TI仿真其交流特性 （方法不限，体现输入与输出信号的幅度和相位关系即可），然后焊接电路并使用信号发生器和 示波器对其进行测试。将电路图和仿真结果截图后粘贴到报告中。
有源滤波器的设计、仿真和实验
C
Vin
R
R
+
C
Rf
Vout
R1
பைடு நூலகம்一种二阶有源低通滤波器
通带电压增益：
上限截止频率：
作业题3：使用LM324设计一个通带增 益为1、截止频率为1kHz的二阶低通滤 波器。使用Proteus或TINA-TI仿真其幅 频特性，然后焊接电路，并将作业题 1~3的电路串联起来。使用信号发生器 和示波器对整个电路进行测试，对比 100Hz、500Hz、1kHz频点的输入与输 出信号波形，将示波器截图保存到U盘 并粘贴至报告上。
同相放大器的设计、仿真和实验
Vin
R2
+ -
Rf
Vout
1. 电源的去耦：
R1
作业题1：使用LM324设计一个增益为2的同相放大器，使用Proteus或TINA-TI仿真其交流特性 （方法不限，体现输入与输出信号的幅度和相位关系即可），然后焊接电路并使用信号发生器和 示波器对其进行测试。将电路图和仿真结果截图后粘贴到报告中。
Proteus使用方法简介（放置器件与电源端子）
Proteus使用方法简介（交互式仿真）
Proteus使用方法简介（基于图表的仿真）
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TINA-TI使用方法简介
TINA 是一款易于使用但功能强大的电路仿真工具，基于 SPICE 引擎。TINA-TI 是完整功能版本的 TINA，和 TI 的宏模型以及无源和有源模型一起加载。 教程：《TINA-TI模拟电路设计、仿真和分析软件（樊伟敏）》