该系列的运算放大器的增益带宽积很高
运算放大器参数详解
运算放⼤器参数详解运算放⼤器参数详解技术2010-12-19 22:05:36 阅读80 评论0 字号：⼤中⼩订阅运算放⼤器（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。
历史直流放⼤电路在⼯业技术领域中，特别是在⼀些测量仪器和⾃动化控制系统中应⽤⾮常⼴泛。
如在⼀些⾃动控制系统中，⾸先要把被控制的⾮电量（如温度、转速、压⼒、流量、照度等）⽤传感器转换为电信号，再与给定量⽐较，得到⼀个微弱的偏差信号。
因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不⾜以推动显⽰或者执⾏机构，所以需要把这个偏差信号放⼤到需要的程度，再去推动执⾏机构或送到仪表中去显⽰，从⽽达到⾃动控制和测量的⽬的。
因为被放⼤的信号多数变化⽐较缓慢的直流信号，分析交流信号放⼤的放⼤器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放⼤。
能够有效地放⼤缓慢变化的直流信号的最常⽤的器件是运算放⼤器。
运算放⼤器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘除⽐例微分积分等）单元，是模拟电⼦计算机的基本组成部件，由真空电⼦管组成。
⽬前所⽤的运算放⼤器，是把多个晶体管组成的直接耦合的具有⾼放⼤倍数的电路，集成在⼀块微⼩的硅⽚上。
第⼀块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的µA741，在60年代后期⼴泛流⾏。
直到今天µA741仍然是各⼤学电⼦⼯程系中讲解运放原理的典型教材。
原理运放如上图有两个输⼊端a,b和⼀个输出端o.也称为倒向输⼊端(反相输⼊端),⾮倒向输⼊端(同相输⼊端)和输出端.当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点.)之间,且其实际⽅向从a 端指向公共端时,输出电压U实际⽅向则⾃公共端指向o端,即两者的⽅向正好相反.当输⼊电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际⽅向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b 端分别⽤"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考⽅向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或⽤箭头表⽰.反转放⼤器和⾮反转放⼤器如下图：⼀般可将运放简单地视为：具有⼀个信号输出端⼝（Out）和同相、反相两个⾼阻抗输⼊端的⾼增益直接耦合电压放⼤单元，因此可采⽤运放制作同相、反相及差分放⼤器。
电压反馈型运算放大器的增益和带宽
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-
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R1
+
+
IN
B
R1
C
R2
MT-033
环路增益 开环增益与闭环增益之差称为环路增益，如图3所示。环路增益给出了可以在给定频率下 施加于放大器的负反馈量。
GAIN dB
OPEN LOOP GAIN
LOOP GAIN
CLOSED LOOP GAIN
NOISE GAIN
fCL
LOG f
LOG f
图5：增益带宽积
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MT-033
例如，如果有这样一个应用，要求闭环增益为10，带宽为100 kHz，则需要一个最低增益带宽 积为1 MHz的运算放大器。但这有点把问题过度简单化了，因为增益带宽积变化极大，而且在 闭环增益与开环增益相交的位置，响应实际上要低3 dB。另外，还应该允许一定的额外余量。 在上述应用中，增益带宽积为1 MHz的运算放大器是最低要求。保险起见，为了实现要求的 性能，因数至少应该是5。因此选择了增益带宽积为5 MHz的运算放大器。 稳定性标准 反馈稳定性理论认为，闭环增益必须在不大于6 dB/8倍频程(单极点响应)的斜率下与开环增 益相交，才能使系统实现无条件稳定。如果响应为12 dB/8倍频程(双极点响应)，则运算放 大器会发生振荡。简单起见，不妨这样设想，每个极点增加90°相移。两个极点则会产生 180°的相移，而180°的相移会使负反馈变成正反馈，即振荡。 那么问题是：为什么要用单位增益下不稳定的放大器呢？答案是，对于给定的放大器，如 果该放大器设计时未考虑单位增益稳定性，则可在较高增益下提高带宽。这类运算放大器 有时被称为非完全补偿运算放大器。然而，仍需满足稳定性标准，即闭环增益必须在6 dB/8倍频程(单极点响应)的斜率下与开环增益相交。否则，放大器将会振荡。因此，非完 全补偿运算放大器仅在数据手册中规定的较高增益下保持稳定。 举例来说，不妨比较图6中的开环增益图。图中的三种器件，AD847、AD848 和 AD849基 本上采用相同的设计，只是内部补偿机制不同。AD847为单位增益稳定型，规定增益带宽 为50 MHz。AD848在增益为5或以上时保持稳定，其增益带宽为175 MHz。AD849在增益为 25或以上时保持稳定，其增益带宽为725 MHz。由此可见，在基本设计相同的情况下，可 以通过修改运算放大器的内部补偿机制来产生不同的增益带宽积，其为最低稳定增益的函 数。
运算放大器参数
一、增益带宽积英文：Gain Bandwidth Product。
缩写：GBP,GBWP, GBW or GB。
增益带宽积是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。
就像它的名字一样，这个参数表示增益和带宽的乘积。
在频率足够大的时候，增益带宽积是一个常数。
举例说明：假设运算放大器的增益带宽积为1 MHz，它意味着当频率为1 Mhz时，器件的增益下降到单位增益。
即此时A=1。
同时说明这个放大器最高可以以1 MHz的频率工作而不至于使输入信号失真。
由于增益与频率的乘积是确定的，因此当同一器件需要得到10倍增益时，它最高只能够以100 kHz的频率工作。
二、单位增益带宽单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个频率可变恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，随着输入信号频率不断变大，输出信号增益将不断减小，当从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）时，所对应的信号频率乘以闭环放大倍数1所得的增益带宽积。
单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。
这用于小信号处理中运放选型。
单位增益带宽, 电压增益为1 时的带宽. 有的文件称为"带宽增益乘积" GBW, 可以用来估算你的放大器电路带宽. 如ICL76XX 的GBW=44KHz, 当接成电压跟随器G=1 时BW=44KHz, 而接成正反相运算电路G=10 时, BW=4.4KHz.三、电源抑制比Power Supply Rejection Ratio电源抑制比(PSRR)是输入电源变化量（以伏为单位）与转换器输出变化量（以伏为单位）的比值，常用分贝表示。
对于高质量的D/A转换器，要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时，对输出的电压影响极小。
全国电子设计大赛射频宽带放大器
全国电子设计大赛射频宽带放大器（D题）摘要本设计以增益调整、带宽预置、单片机反馈调节为核心，制作一个射频宽带放大器，要求具有0.3~100MHz通频带，增益0~60dB范围内可调，并且实现输入输出阻抗、最大输出正弦波有效值、指定频带内平坦度等功能指标要求。
由于系统输入信号小，频率高，带宽要求大，可控增益范围宽，并且需要满足平坦度、输出噪声电压等指标。
为此，采用高增益带宽运放组成频带预置、AD8367的压控增益放大系统完成增益调整、单片机实现反馈调节。
除此之外，通过增加缓冲级、外加硬件保护措施有效地抑制了高频信号的噪声和自激振荡。
经测试，系统对mV≤的输入信号实现了增益0~60dB范围内可调，带宽0.3~100MHz，并在11~80MHz频带内增益起伏dB1≤，且全程波形无明显失真。
完成了题目所要求的所有基本要求以及绝大部分发挥部分的性能指标。
关键字：带宽预置AD8367压控增益单片机1. 系统方案设计与论证1.1总体方案设计与论证分析该射频宽带放大器设计的指标，为达到题目所设定带宽与增益可调，并且能够满足在输入和输出阻抗=50Ω的情况下，最大输出正弦波电压有效值达到要求的目的，我们将整个系统分为前置缓冲级、带宽预置、增益调整、输出缓冲级、峰值检波等部分组成，主控器采用STC12系列单片机。
系统整体框图如图1所示： 图1 系统框图1.2前置缓冲级的方案论证与选择前置缓冲电路使用电压跟随器实现，如图2所示。
考虑到本系统的通频带为0.3~100MHz ，且输入阻抗限定为50Ω，由正相输入电压跟随器的输入阻抗为R j 趋于无穷大，所以图2电路的输入阻抗为k k k k R R R R R R R R ≈+*==j jj n i //。
则可令实际电路取R k =50Ω以达到输入阻抗要求。
除此之外，此前置放大电路还具有缓冲、避图2 前置缓冲级免引入噪声等作用，起到了良好的隔离功能。
其电压增益接近于1，运算放大器选用AD8005，此放大器的增益带宽积达到270MHz 。
(完整word)全差分高增益、宽带宽CMOS运算跨导放大器的设计
目录1 引言 (1)2 软件介绍 (3)3 运算放大器设计基础 (5)3.1运放的主要性能指标 (5)3.2运算放大器的基本结构 (6)3.2.1全差分运放 (6)3.2.2套筒式结构 (7)3.2.3折叠式结构 (8)4 系统总体设计 (10)4.1电路设计的整体结构 (10)4.2 主放大电路设计 (11)4.3 偏置电路的设计 (13)4.4 输出级的设计 (13)4.5 共模反馈的设计 (14)4.6 总体布局 (15)5 仿真与分析 (17)5.1运放直流与交流特性 (17)5.2噪声特性分析 (19)5.3电源抑制比 (19)5.4设计指标 (20)5.5放大器参数 (21)6 版图设计与分析 (22)6.1 L-Edit介绍 (22)6.2版图设计规则 (22)6.3基本器件版图设计 (23)6.3.1 NMOS版图设计 (23)6.3.2 电容电阻版图设计 (24)6.4版图的总体设计 (26)6.4.1主电路模块版图 (26)6.4.2偏置模块版图 (27)6.4.3输出模块版图 (27)6.4.4整体模块版图 (28)6.5 LVS版图比对 (29)7 结论 (31)谢辞 ................................................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献 .. (32)附录1 (33)附录2 (35)1 引言集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）简称集成运放，是由多个CMOS管与电容电阻通过耦合方式实现提高增益的模拟集成电路[1]。
集成运放具有增益高、输入阻抗大、输出阻抗低、共模抑制比高和失调与漂移性小等优点，而且当输入电压值为零时，输出值也为零。
集成运放是构成常用集成电路系统的通用模块[2] [3]。
极品发烧双运放LME49720HA
极品发烧双运放LME49720HA芯片采用了最尖端的工艺技术和最新的电路设计方法，其设计是非常独特的，不但内置超高速的56MHz单位增益带宽运算放大器，而且还特别增加了一个专有的立体声音频驱动器作输出级，这样更能充分发挥其卓越的音效表现。若输入噪声为217 Hz，这款音频专用极品运算放大器的输入噪声密度低至只有2.7nV/sqrt Hz，中频的噪声转角(noise corner)达60Hz。在输出级的默契配合下，极品发烧双运放LME49720HA芯片的音频功能可以得到充分的发挥，具有±45mA的电流输出能力，驱动2KΩ负载，输出电压摆幅仅比其供电电压低1V，而驱动600Ω负载，输出电压摆幅仅比其供电电压1.4V,有效输出动态范围大。极品发烧双运放LME49720HA芯片具有很高的转换速率，压摆率大于 20V/us，而增益带宽积极高，可达56MHz，因此即使驱动较难应付的高负载，也不会有噪声的问题出现，这一点更是难能可贵的。音频专用极品发烧双运放LME49720HA芯片的工作电压范围较宽，约为±2.5V～±17V，在这广阔的供电电压范围内，单位增益稳定可靠，不出现自激和不稳定的工作状态，低压运用也相当出色。与此同时，其输入电路的共模抑制比（CMRR）及电源抑制比（PSRR）可达108dB以上。此外，该运算放大器在驱动电容值高达100PF的复杂负载时，也可充分发挥其卓越的交流特性，不会有不稳定和噪声问题出现。当然，LME49720HA提供上述优秀的直流特性和交流特性外，还具备输出短路保护功能。
主要技术规格及优点
LME49720HA具有超低失真率（是世界上唯一能将总谐波失真和噪声指标做到0.00003%以下的音频专用发烧运放，被世界各地的众多音响发烧友追崇，公认这个音频专用运放LME49720HA为目前世界上最顶级的发烧极品运放之一）、低噪声、高的转换速率、工作电压范围宽广以及输出电流大等优点，综合性能之高是前所未有的，可轻松满足最苛刻的音频应用需求，最适用于专业级及高端的音频系统，可广泛用于高保真度缓冲放大、高保真度有源滤波器、高保真度耳机放大器、高保真度唱头均衡放大器、高品质音频放大、高保真前置放大器、高保真多媒体、高性能专业音频、高保真均衡与分频网络、高性能线路驱动器、高性能线路接收器、混频器以及各种不同的34V医疗成像系统及工业设备等场合。
ad620用法介绍以及典型电路连接解读
单片仪表放大器为了满足对更容易应用的仪表放大器的需求，ADI公司研发出单片IC仪表放大器。
这些IC包含对如前所述的三运放和双运放仪表放大器电路的改进，同时提供激光微调的电阻器和其它有益於单片IC的技术。
由於有源器件和无源器件现在都在同一颗管芯内，所以它们能够精密匹配——这保证了器件提供高CMR。
另外，这些器件在整个温度范围内保持匹配，从而保证了在宽温度范围内优良的性能。
IC技术（例如，激光晶圆微调）能够使单片集成电路调整到极高精度并且提供低成本、高量产。
单片仪表放大器的另一个优点是它们可以采用尺寸极小、成本极低的SOIC或MSOP封装，适合用於高量产。
表1提供一个ADI公司仪表放大器性能快速一览表。
图1. AD8221原理图一、采用仪表放大器还是差分放大器尽管仪表放大器和差分放大器有很多共性，但设计过程的第一步应当是选择使用何种类型的放大器。
差分放大器本质上是一个运放减法器，通常使用大阻值输入电阻器。
电阻器通过限制放大器的输入电流提供保护。
它们还将输入共模电压和差分电压减小到可被内部减法放大器处理的范围。
总之，差分放大器应当用於共模电压或瞬态电压可能会超过电源电压的应用中。
与差分放大器相比，仪表放大器通常是带有两个输入缓冲放大器的运放减法器。
当总输入共模电压加上输入差分电压（包括瞬态电压）小於电源电压时，应当使用仪表放大器。
在最高精度、最高信噪比（SNR）和最低输入偏置电流（IB）是至关重要的应用中，也需要使用仪表放大器。
二、单片仪表放大器内部描述1、高性能仪表放大器ADI公司於1971年推出了第一款高性能单片仪表放大器AD520，2003年推出AD8221。
这款仪表放大器采用超小型MSOP封装并且在高於其它同类仪表放大器的带宽内提供增加的CMR。
它还比工业标准AD620系列仪表放大器有很多关键的性能提高。
图2. AD8221的引脚排列AD8221是一种基於传统的三运放结构的单片仪表放大器（见图1）。
高增益跨导性运算放大器设计
10212020059 赵琦
摘要 运算放大器作为模拟集成电路设计的基础，同时作为日后 DAC 校 准电路中的一部分，本次设计一个高增益全差分跨导型运算放大器。 电路采用两级结构，输入级采用折叠共源共栅，第二级采用电流源负 载单管放大器。通过电阻电容来调节零极点间的相对位置，进行频率 补偿，来保证系统有良好的频率特性。共模反馈电路保证电路工作点 稳定。采用 SMIC 0.13um 工艺。仿真结果显示，该全差分高增益跨导 型运算放大器共模输入范围为 0.6V，输出共模范围为 0.6V，在负载 300fF 时，GBW 为 750M，直流增益为 79dB。 一、 设计指标
GBW
gm
g m1、 2 2 Cc
2I Vgs Vth
其中补偿电容粗略估算，留有余量取 300fF。 Vgs Vth 取 0.2V。可以粗
略估算 I 为 120uA，本设计中取为 150uA。 通过简单 miller 补偿，主极点
P 1
C 为 miller 补偿电容， 次级点
表 1 设计指标
电源电压 输入共模 输出共模 直流增益 GBW 输出负载
1.2V 0.6V 0.6V 60dB 700M 300fF
二、 体系结构 考虑到在 1.2V 电源电压下，输入共模电压为 0.6V，因此本文选用 折叠共源共栅结构，差分输入对保证了电路有较好的共模抑制。第二
级采用了电流源负载的单管放大器。电阻 R2 和电容 C 用来调节零极 点的位置进行频率补偿，以保证系统的稳定性。基本原理是增加一个 左半平面 (LHP) 零点来抵消次级点对相位的影响， 同时会把主极点推 向原点。最左边部分是共模反馈电路。
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基本知识
单工无线呼叫系统 2005年大学生电子设计竞赛全国二等奖
Tianjin University 16生电子设计竞赛
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基本知识
射频宽带放大器 2013年大学生电子设计竞赛
Tianjin University 18
三、报告撰写 按照要求，重点介绍方案比较、电路模
块设计、器件选择、理论推导、软件流程图、 调试方法、使用仪器、测试结果（数据和波 形）、结果分析、参考资料。一般电路图和 程序可作为附录放在后面。
再有就是格式规范，内容全面，详略得当， 围绕要求下笔，常识性或无关紧要的内容尽 量简述。
Tianjin University 23
Tianjin University 6
在竞赛过程中出现的：学生们思 路窄、创新性差、新知识入门慢，设 计不尽合理，指标上不去，或在规定 的时间内完成的作品不稳定、不完整， 造成测试失败，甚至全军覆没等诸多 问题，都是基础知识不扎实的反映， 说明对基础知识缺乏足够的重视。
Tianjin University 7
4. 结构 电路模块化设计，利于调试与故障
检查；接口要方便且留有足够的测试点； 应将系统的各个电路模块固定在一个框 架（或平板）结构上，增加电路的可靠 性；注意试验台的整洁，规范操作。
Tianjin University 14
基础知识
电动车跷跷板 2007年大学生电子设计竞赛全国一等奖
Tianjin University 15
大学生电子设计竞赛题目范围很广， 其中涉及的基础理论、基本技能很多， 也很重要，但是许多指导老师和参赛同 学们并没有给与足够的重视。
Tianjin University 5
重要体现在： 1、有以基础知识为主要内容的竞赛试题。 像放大器类题目和从2011年开始增加的综 合测评题目； 2、各类题目中均包含基础知识的内容； 3、基本技能是参加电子设计竞赛的必备能 力。
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基础知识
5.运算放大器应用电路 6.A/D,D/A电路 7.常用传感器电路 8.电源电路 9.简单的信息处理知识与算法
Tianjin University 11
基础知识
二、最小系统 1.处理器（包含储备一些基本的通用软件 模块，也有参赛队使用FPGA模块实现处理 器功能）。 2.接口电路。 3.外设电路。
≤100mV。
（3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限频 率fH≥100MHz，并要求在1MHz～80MHz频带内增益起伏
Tianjin University 25
例一 宽带放大器（2013年）
一、任务 设计并制作一个射频宽带放大器。 二、要求 1．基本要求
（1）电压增益Av ≥20dB，输入电压有效值Ui ≤20mV。Av在0～20dB范围内可调。 （2）最大输出正弦波电压有效值Uo≥200mV，输出
信号波形无明显失真。
因此，在参加竞赛的培训过程中，一 定要加强对基础知识和基本技能的培训和 训练。虽然这是老生常谈，但一定要引起 各位指导教师的重视，认认真真的准备、 扎扎实实的训练。
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第二部分
基础知识
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基础知识
归纳起来，基础知识应包含以下几方 面的内容： 一、模拟与数字电路的基本知识 1.基本放大器 2.功率放大器 3.滤波器 4.基本组合逻与时序逻辑电路（FPGA）
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基础知识
三、基本技能 1. 电路板设计
通常采用Protel绘图软件，需要了 解元件器的规格、尺寸；对各电路模块 合理布局。 2. 元器件选择
熟悉各种基本元器件和常用的集成 电路芯片的特性。
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基础知识
3. 焊接 焊接和连线：可靠、规整、方便连接。
第三部分
设计案例
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例一 宽带放大器（2013年）
出题思想 1.上手容易，整体要有难度，并且难度要有梯度。 2. 改变目前学生培养的弱项，推动实验教学改革的 发展（高频段）。 3. 体现技术发展趋势，和工程实际应用背景。（宽 带，新器件，新技术，动态范围，阻抗匹配，工 艺）。 4. 重点要求基本指标，包括增益（增益可调）、带 宽和带负载能力（输出电压）。
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基本技能
这里特别要提醒大家的是，在培训中应 高度注意学生科学研究素质的培养。通过培 训使学生初步养成：实事求是的工作原则、 一丝不苟的工作态度、勤于思考的工作方法、 百折不饶的工作精神和精益求精的工作作风。
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基本技能
基本知识
射频宽带放大器 2013年大学生电子设计竞赛
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基本知识
5、基本仪器使用与电路调试 常用仪器：万用表、稳压电源、信 号发生器、示波器、频谱仪、逻辑 分析仪等仪器的使用。 调试：
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基本知识
系统设计与制作的过程： 1.方案设计； 2.电路模块设计； 3.元器件选择与购买； 4.PCB版图设计（元器件布局）； 5.元器件、电路板检查； 6.焊接； 7.分模块调试，联调。
（3）放大器BW-3dB的下限频率fL ≤0.3MHz，上限 频率fH≥20MHz，并要求在1MHz～15MHz频带内增益
起伏≤1dB。 （4）放大器的输入阻抗 = 50，输出阻抗 = 50 。
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例一 宽带放大器（2013年）
2．发挥部分
（1）电压增益Av ≥60dB，输入电压有效值Ui ≤1 mV。 Av在0～60dB范围内可调。 （2）在Av ≥60dB时，输出端噪声电压的峰峰值UoNpp
大学生电子设计竞赛系列讲座
基础知识
报告人：刘开华 2014年11月
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各位领导、 老师下午好！
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报告内容
第一部分 第二部分 第三部分
概述 基础知识 设计案例
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第一部分
概述
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