运算放大器稳定性分析3

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典型的两级运放环路稳定性分析

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。

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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。

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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。

电路中的运算放大器有哪些特点和应用

电路中的运算放大器有哪些特点和应用

电路中的运算放大器有哪些特点和应用运算放大器是电路中应用广泛的一种电子器件,它具有许多特点和应用。

本文将介绍运算放大器的特点,并探讨其在电路中的各种应用。

一、特点1. 高增益:运算放大器的主要特点之一是具有较高的电压增益。

它能够将输入信号增加到一个较高的水平,以便于后续的处理和分析。

2. 宽频带宽:运算放大器的频带宽度较宽,能够处理较高频率的信号。

这使得它在许多应用中都能够提供精确和有效的放大功能。

3. 低噪声:运算放大器通常具有较低的噪声水平,这使得它在信号处理中非常有用。

低噪声的特性使得运算放大器能够提供更清晰和准确的信号放大。

4. 高输入阻抗和低输出阻抗:运算放大器的输入阻抗很高,可以减小对输入信号源的负载,保持传输信号的完整性。

同时,输出阻抗较低,能够驱动负载电路。

5. 可调节增益和偏置:运算放大器通常具有可调节的增益和偏置特性,这使得它在不同应用场景下能够灵活应对和满足需求。

二、应用1. 信号放大和滤波:运算放大器广泛应用于信号放大和滤波电路中。

通过调节放大器的增益和频率响应,可以实现对信号的放大和滤波功能,使得信号的频率范围和振幅得到控制和优化。

2. 模拟计算:运算放大器也常用于模拟计算电路中。

其高增益和精确性能使其成为模拟电路中一种重要的元器件,例如用于模拟加法、乘法、积分和微分等运算。

3. 电压比较和开关:运算放大器的高增益和灵敏度使其非常适合于电压比较和开关电路的应用。

通过将运算放大器配置为比较器或开关,可以实现对电压信号的比较和控制。

4. 反馈控制系统:运算放大器在反馈控制系统中起着至关重要的作用。

通过引入适当的反馈电路,可以实现对电路稳定性、增益和响应速度的控制。

5. 传感器信号处理:运算放大器还广泛应用于传感器信号处理中。

传感器常常输出微弱的信号,而运算放大器能够对这些信号进行放大和处理,以提高信号的灵敏度和稳定性。

6. 精密测量仪器:运算放大器也被广泛应用于精密测量仪器中。

运算放大器1至4脚供电

运算放大器1至4脚供电

运算放大器1至4脚供电一、运算放大器基本概念与结构运算放大器,又称为运放,是一种模拟电路,具有广泛的应用。

它主要由输入端、输出端、正负电源端以及接地端组成。

在实际应用中,运算放大器的供电方式有多种,其中1至4脚供电是一种常见的供电方式。

二、运算放大器的供电方式及特点1.1至4脚供电:运算放大器的1至4脚供电指的是正负电源分别接入第一和第三脚,第二脚作为接地端。

这种供电方式具有以下特点:(1)稳定性:1至4脚供电方式有利于提高运算放大器的稳定性,降低自激振荡的风险。

(2)电源抑制比:该供电方式具有较高的电源抑制比,能够降低外部电源波动对电路性能的影响。

(3)输入输出阻抗:1至4脚供电时,运算放大器的输入输出阻抗较高,有利于提高信号传输效果。

2.注意事项:在采用1至4脚供电时,应注意以下几点:(1)电源电压范围:确保正负电源电压在运算放大器的工作电压范围内,以保证电路正常工作。

(2)电源去耦:为减小电源干扰,应采用去耦电路,提高电路的抗干扰能力。

(3)接地处理:合理处理接地端,降低接地电阻,以减小地线干扰。

三、1至4脚供电的实现与应用1.实现:在实际电路设计中,根据运算放大器的供电需求,将正负电源分别接入第一和第三脚,第二脚接地。

同时,注意电源线宽度和间距,以满足电路性能要求。

2.应用:1至4脚供电在各类电子设备中均有广泛应用,如音频放大器、滤波器、电压跟随器等。

这种供电方式有利于提高电路的稳定性和可靠性,满足各种场合的需求。

四、注意事项与实用技巧1.注意事项:(1)根据实际应用场景选择合适的运算放大器型号。

(2)确保电源电压稳定,避免电压波动对电路性能造成影响。

(3)合理布局电路,减小相互干扰。

2.实用技巧:(1)采用多层印刷电路板,提高电路的抗干扰能力。

(2)电源线采用双绞线,降低外部电磁干扰。

(3)在地线附近增加屏蔽层,减小外部干扰信号。

通过以上分析,我们可以看出,1至4脚供电方式在运算放大器应用中具有诸多优势。

全差分运算放大器中共模稳定性的分析

全差分运算放大器中共模稳定性的分析

Ab ta t Deinc n ieain r rs ne rsa i zn ec mmo — d e b c ( MF sr c : sg o sd rt saep ee tdf tbl igt o o o i h n mo ef d a k e C B) lo l o pi f l nuy
的框 图。
共模反馈电路环路首先检测共模输出平均电压 ( o + 0 ) ,然后产生一个关 于 V cV m的信 Vn vP / 2 o— c
的电路关于对称轴是完美的匹配并且对称的 , 避免 了镜像极点 , 从而获得 了更高的闭环速度。
然而 ,全差 分运算 放 大器最 主要 的一 个缺 点是 需 要 共 模 反 馈 电路 (o mo oe ̄ dak cm n m d ebc ,
C B) MF 来控 制共 模输 出 电压 。 在一个 实 际 的差 分 电 路 中 , 电流源 ( 拉 电流 源 ) n型 电流 源 ( P型 上 与 下
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T e cr u t mp e n e n 0 1 u CMOS mie in l r c s f MI sp e e t d b s d o l e h i i i l me t d i . 8 m c x d sg a o e so p S C i r s n e . a e n af d d o
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典型的两级运放环路稳定性分析

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。

首先建立静态工作点。

加偏置电流加偏置电流I0=4uA,加共模输入电平1.25V 。

仿真后得到结果如下,仿真后得到结果如下,静静态工作点是合适的。

态工作点是合适的。

1. 开环分析开环分析米勒补偿前做开环分析如下,显然,这是不合适的。

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。

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。

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。

理论计算。

查看各管子的静态工作点。

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,非常接近。

理论值与仿真结果非常接近。

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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: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:理论计算:查看各管子的静态工作点。

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,理论值与仿真结果非常接近。

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,此时,相位裕度为63度,满足设计标准。

运算放大器稳定性实验

运算放大器稳定性实验

●Hello,and welcome to the TI Precision Lab supplement for op amp stability.●This lab will walk through detailed calculations,SPICE simulations,and real-worldmeasurements that greatly help to reinforce the concepts established in the stability video series.●你好,欢迎来到TI Precision Labs(德州仪器高精度实验室)的运放稳定性环节。

●这个实验会包括计算,SPICE仿真和实际测试。

这些环节帮助大家对视频中的概念加深理解。

●The detailed calculation portion of this lab can be done by hand,but calculationtools such as MathCAD or Excel can help greatly.●The simulation exercises can be performed in any SPICE simulator,since TexasInstruments provides generic SPICE models of the op amps used in this lab.However,the simulations are most conveniently done in TINA-TI,which is a free SPICE simulator available from the Texas Instruments website.TINA simulation schematics are embedded in the presentation.●Finally,the real-world measurements are made using a printed circuit board,orPCB,provided by Texas Instruments.If you have access to standard lab equipment,you can make the necessary measurements with any oscilloscope, function generator,Bode plotter,and±15V power supply.However,we highly recommend the VirtualBench from National Instruments.The VirtualBench is an all-in-one test equipment solution which connects to a computer over USB or Wi-Fi and provides power supply rails,analog signal generator and oscilloscope channels,and a5½digit multimeter for convenient and accurate measurements.This lab is optimized for use with the VirtualBench.●本实验的计算可以通过實際計算,如果使用Mathcad或者Excel这样工具会更好。

运放稳定性之环路稳定性主要技巧与经验

运放稳定性之环路稳定性主要技巧与经验

运放稳定性之环路稳定性主要技巧与经验篇一:运放稳定性分析1~6目录运放稳定性分析系列1:环路稳定性基础 (2)引言.................................................................................................................. .. (2)波特图(曲线)基础.................................................................................................................. .. (2)直观元件模型.................................................................................................................. .. (5)稳定性标准.................................................................................................................. (7)环路稳定性测试.................................................................................................................. . (7)环路增益稳定性举例.................................................................................................................. (10)1/β与闭环响应.................................................................................................................. . (11)运放稳定性系列2:运放网络SPicE分析 (12)引言.................................................................................................................. . (12)SPicE环路增益测试.................................................................................................................. .. (12)运放网络与1/β.................................................................................................................. . (12)zF运放网络.................................................................................................................. (13)运放网络zi................................................................................................................... (17)简单运放交流SPicE模型.................................................................................................................. (19)详细运放交流SPicE模型.................................................................................................................. (20)附录:空白幅度与相位曲线.................................................................................................................. . (22)运放稳定性分析系列3:Ro与RoUT............................................................................................................ ..23Ro和RoUT的定义与推导.................................................................................................................. (23)从数据资料曲线上计算Ro................................................................................................................. (24)Ro和RoUT要点概述.................................................................................................................. (26)Ro与SPicE仿真.................................................................................................................. (26)单电源运放的真实Ro................................................................................................................. .. (27)Ro的实测技术.................................................................................................................. (28)运放稳定性分析系列4:环路稳定性主要技巧与经验 (30)环路增益带宽准则.................................................................................................................. . (31)极点与零点转换技术.................................................................................................................. (31)十倍频程准则.................................................................................................................. (32)zi和zF幅度十倍频程准则.................................................................................................................. (35)双反馈路径.................................................................................................................. . (36)实际稳定性测试.................................................................................................................. .. (39)运放稳定性设计分析5:单电源缓冲器电路的实际设计 (41)技术背景:.............................................................................................................. .. (41)设计要求:.............................................................................................................. .. (43)设计拓扑:.............................................................................................................. .. (44)1/β分析:.............................................................................................................. . (45)cmoS放大器与aol注意点:.............................................................................................................. (50)最终缓冲器分析:.............................................................................................................. .. (52)运算放大器稳定性设计分析6:电容性负载稳定性RiSo、高增益及cF、噪声增益 (57)运算放大器示例与Ro计算.................................................................................................................. . (58)aol修正模型.................................................................................................................. . (59)RiSo及cL补偿.................................................................................................................. .. (63)高增益及cF补偿.................................................................................................................. . (68)噪声增益补偿.................................................................................................................. (72)1运放稳定性分析作者:Burr-Brown产品战略发展经理TimGreen来源:德州仪器(Ti)公司运放稳定性分析系列1:环路稳定性基础引言本系列所采用的所有技术都将―以实例来定义‖,而不管它在其他应用中能否用普通公式来表达。

几种运算放大器比较器及电路的简单分析

几种运算放大器比较器及电路的简单分析

几种运算放大器比较器及电路的简单分析运算放大器和比较器是两种常见的电子元件,它们在电路中具有不同的功能。

本文将对这两种电子元件进行简单的分析和比较。

一、运算放大器运算放大器是一种用于放大电压信号的电子设备。

它具有高放大倍数和低失真的特点,常被用于放大微弱的输入信号。

运算放大器一般由多级放大电路组成,其中包括差动输入级、差动放大级、共射放大级和输出级。

运算放大器具有以下几个特点:1.高放大倍数:运算放大器通常具有很高的开环放大倍数,可以放大微小的输入信号。

2.低失真:运算放大器的差分输入电阻和输入容量很低,从而减小了输入信号的失真。

3.稳定性好:运算放大器具有很好的直流稳定性和交流稳定性,使其能够在不同的负载条件下稳定工作。

4.大信号驱动能力:运算放大器能够输出较大的电流和电压,可以驱动各种负载。

5.可调增益:运算放大器通常具有可调的增益,可以通过调节电阻、电容或反馈电阻等元件来改变放大倍数。

运算放大器常被应用于放大、滤波、积分、微分和开关等电路中,常见的应用有示波器、滤波器和反馈电路等。

二、比较器比较器是一种用于比较两个电压的电子元件。

它具有高增益和快速响应的特点,常被用于判断输入信号的大小关系。

比较器通常由不同类型的放大电路和判决电路组成,常见的比较器有有限增益比较器、开环比较器和比率比较器等。

比较器具有以下几个特点:1.高增益:比较器通常具有很高的增益,可以放大微小的输入差异。

2.快速响应:比较器的响应时间很短,可以快速判断输入信号的大小关系。

3.可调阈值:比较器可以通过调节电阻、电容或反馈电阻等元件,改变阈值的位置。

4.高输入阻抗:比较器的输入阻抗很高,可以减小输入电路对比较器的影响。

比较器常被应用于开关、报警、触发器和AD转换等电路中,常见的应用有电压比较器、窗口比较器等。

三、运算放大器与比较器的比较虽然运算放大器和比较器都是电路中常用的电子元件,但它们在功能和特性上有一些不同之处。

1.功能:运算放大器的主要功能是放大信号,而比较器的主要功能是比较电压。

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Therefore, here is the recommended standard open-loop SPICE circuit configuration for op amp circuits. The feedback loop is broken between the op amp output and the feedback elements. The ac signal source is injected into the feedback network and measurements are taken at the output, Vo, and feedback node, Vfb. With the feedback loop broken as shown, the equations for generating the desired curves are as follows: Aol_loaded = Vo/Vfb 1/ß = 1/Vfb Aol*ß = Vo 因而此处我们推荐使用标准的开环 SPICE 电路设置,反馈环路在运放的 输出与反馈网络之间断开,交流信号从反馈网络中注入,在运放的输出 端接测量得到 Vo,在反馈点测试得到 Vfb。 由于断开了回路,可以得到所需的曲线: Aol_loaded = Vo/Vfb 1/ß = 1/Vfb Aol*ß = Vo


Several example circuits ready for open-loop simulation are shown here. They can be used for review if there is confusion regarding where to break the loop in many standard circuit configurations. Note that for proper stability analysis, any output loading must remain directly on the output of the op amp and should not be placed on the other side of the inductor. Doing so would remove the effects the output loads have on the op amp output. 很多电路可以运用开环 SPICE 电路仿真,在实际电路中不知在何处断开 环路而感到困惑时可以用这些例子作为参考。 注意为了得到正确的稳定性分析结论,运放输出端所接的负载必须直接 体现在电路中,且不应该放置在电感的另外一端,否则就体现不同的负 载效应。


Once you’ve verified the dc operating point of the circuit, perform an ac transfer characteristic analysis over the op-amp bandwidth. Click Analysis, AC Analysis, AC Transfer Characteristic to do this. Set the start and end frequencies and then press “OK”. 检查完静态工作点之后,需要在分析的带宽范围内得到交流传输特性, 点击分析 Analysis 交流分析 AC Analysis 交流传输特性 AC Transfer Characteristic 设置起始与终止频率,然后点击“OK”


Before checking the ac behavior of the circuit, a quick check of the dc operating point should be performed. Simply click Analysis, DC Analysis, Calculate Nodal Voltages to do this. Vfb should show the input offset voltage, or Vos, of the op amp, while Vo will show Vos multiplied by the closed-loop gain. 在分析交流响应之前,应该快速的检查一下直流的静态工作点,点击分 析 Analysis 直流分析 DC Analysis 计算结点电压 Calculate Nodal Voltages。 Vfb 会显示出输入失调电压 Vos, 输出电压 Vo 会显示为 Vos 和闭环增益 之积。

Hale Waihona Puke To properly generate the open-loop curves in SPICE, the circuit being simulated must have a closed loop feedback path at dc while being open for all ac frequencies. The circuit at the top left shows the desired dc circuit with the L1 switch closed and C1 switch open. A closed loop circuit at dc allows the output to be properly biased to a recommended dc operating point, commonly mid-supply. The circuit at the bottom left shows the desired ac circuit with the L1 switch open and C1 switch closed. With the loop open for ac frequencies, the ac stimulus can be applied to generate the open-loop curves. Thankfully, there’s a straightforward way to create a circuit that meets both the dc and ac criteria using the ideal properties of SPICE components. Switch L1 is replaced with a 1Tera-Henry inductor, and switch C1 is replaced with a 1Tera-Farad capacitor. At dc, L1 is a short and C1 is an open-circuit, providing a proper dc operating point. For all ac frequencies, L1 is an open-circuit and C1 is a short resulting in the proper open-loop ac connections. 为了在 SPICE 中得到正确的开环曲线,电路必须要对直流建立反馈但是 对交流是开路的。 左上角的图中,通过 L1 开关对直流闭合,C1 开关对直流断开,直流的闭 合使得输出正确地偏置,通常是在供电的中心点。 左下角的电路,通过 L1 对交流信号开路,C1 对交流信号短路,环路对交 流信号是断开的,因而交流 AC 仿真可以得到开环曲线。 幸好,通过 SPICE 的理想模型这种方法可以同时满足直流和交流的要求, L1 是 1 Tera-Henry 的电感,C1 是 1 Tera-Farad 的电容。 对于直流信号,L1 为短路而 C1 为开路,提供合适的直流偏置,对于交流 信号,L1 为开路而 C1 为短路,从而提供了合适的交流通路。


However, simply breaking the feedback loop of a circuit will not produce correct simulation results! Without a proper dc bias, the output will saturate to one rail or the other, reducing the performance of the output stage. As shown here, the op-amp output is near the positive rail, resulting in erroneous Aol and Aolß curves. 然而,单纯地断开反馈回路是无法得到正确的仿真结果的。没有合适的 直流偏置,输出会直接饱和到任意一个电源轨,导致不正确的输出。 如图所示,运放输出接近正向电源,得到错误的 Aol 与 Aolß 曲线。


The Aol, 1/ß, and Aolß curves required for rate of closure and phase margin measurements can not be obtained from a circuit in a standard closed-loop configuration. To generate these curves, the feedback loop of the amplifier needs to be opened up, or “broken”. Then, a small signal source is used to excite the high-impedance side of where the loop was broken. Measurements can then be taken at the op amp inverting input (Vfb) and output (Vo), which will be used to derive the desired curves. 为了获得闭合速率与相位裕量时,我们需要 Aol, 1/ß, 以及 Aolß 曲线, 但是这些曲线无法从一个标准的闭合回路架构中得到。 为了获得这几组曲线,电路的反馈回路需要断开,然后用一个小信号在 断开处进行激励。 然后在运放的反相端得到 Vfb,在输出端得到 Vo,通过这两项可以推导 得到我们所需要的曲线。
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