集成运放的性能指标
学习要求：
●掌握开环差模电压放大倍数、共模抑制比、差模输入电阻、
输入失调电压和输入失调电流等参数的物理意义；
●了解输入失调电压温漂、输入失调电流温漂dI IO/dT、输入偏
置电流、最大差模输入电压、最大共模输入电压、–3dB带
宽、单位增益带宽和转换速度等参数的物理意义。
1.开环差模电压放大倍数Aod
开环差模电压放大倍数A od是指集成运放在开环情况下的空载电压放大倍数。A od
，其值越大越好。通用型运放一般在范围。
2．共模抑制比K CMR
共模抑制比K CMR是集成运放的开环差模电压放大倍数和开环共模电压放大倍数之比
的绝对值，即。它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数。其值越大越好，通用型运放在65－110dB之间。
3．差模输入电阻
差模输入电阻是差模信号输入时，运放的开环输入电阻。愈大，从信号源索取的电流愈小。
4.输入失调电压U I0及其温漂dU IO/dT
由于集成运放的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入
并不为零。U I0是使输出电压为零时在
电压为零时，输出电压
输入端所加的补偿电压，其数值是
电压的负值，即U I0=。U I0愈小，表明电路参数对称性愈好。
dU IO/dT是U I0的温度系数，其值愈小，表明运放的温漂愈小。
5. 输入失调电流I I0及其温漂dI IO/dT
I I0＝|I B1－I B2|，I I0的大小反映了输入级差放管输入电流的不对称程度。其值愈小愈好。
dI IO/dT是I I0的温度系数，其值愈小，表明运放的质量愈好。
6. 输入偏置电流I IB
输入偏置电流I IB是输入电压为零时，集成运放两输入端静态基极（栅极）电流的平均值，即I IB＝(I B1+I B2)／2。I IB愈小，信号源内阻对集成运放静态工作点的影响也就愈小，I I0往往也愈小。
7. 最大差模输入电压U IdMax
U IdMax是运放两输入端间所能承受的最大差模电压值。超过该值，输入级某一側的晶体管将出现反向击穿现象。
8. 最大共模输入电压U ICMax
U ICMax是两输入级能正常工作的情况下允许输入的最大共模信号。当共模输入电压超过此值时，集成运放便不能对差模信号进行放大。
9. –3dB带宽fH
–3dB带宽f H是指开环放大倍数A od随输入信号頻率升高而下降3dB所对应的频宽。其值愈大愈好。
10.单位增益带宽
是使A od=1（失去电压放大能力）时的信号频率，与晶体管的
特征频率相类似。
11.转换速度SR
转换速率S R 又称为上升速率，定义为运放输出电压的变化率：S R＝|du o／dt|max，它反映了运放对快速变化信号的响应能力。S R越大，表示运放对高速变化的输入信号的响应能力越好。通用型运放的S R约在0.5~100V／μS范围。
电子科技大学 电子技术实验报告 学生姓名：班级学号：201203******* 考核成绩： 实验地点：科研楼C427 指导老师：试验时间：2013.12.5 实验名称：两级放大电路的设计、测试与调试
一． 实验目的 1． 进一步掌握放大电路各种性能指标的测试方法。 2． 掌握两级放大电路的设计原理、各性能指标的测试原理。 二． 实验预习思考 1·放大器性能指标的定义及测试方法； 2多级放大器性能指标特点。 三． 实验原理 由一只晶体管组成的基本组态放大器往往达不到所要求的放大倍数，或者其他指标达不到要求。这时，可以将基本组态放大器作为一级单元电路，将其一级一级地连接起来构成多级放大器，以实现所需的技术指标。 信号传输方式成为耦合方式。耦合方式主要有电容耦合、变压器耦合和直接耦合。 1. 多级放大器指标的计算 一个三级放大器的通用模型如下图所示： 由模型图可以得到多级放大器的计算特点： 1i i R R =，多级放大器的输入电阻等于第一级放大器的输入电阻； 末o o R R =，多级放大器的输出电阻等于末级放大器的输出电阻； 前后L i R R =，后级放大器的输入电阻是前级放大器的负载； 后前s o R R =，后前s oo v v =，前级放大器的输出电路是后级放大器的信号源； 321··v v v V A A A A =，总的电压增益等于各级电压增益相乘。
2. 实验电路 实验电路如下图所示，可得该实验电路是一个电容耦合的两级放大器。 3. 测试方法 静态工作点的测试： 测出射级电阻两端的直流电压，以及射级电流； 电压增益的测试： 测出输入电压与输出电压，由公式i v v v A /0=计算得到； 输入电阻的测量： 已知取样电阻R ，测出电压' s u 与 i u ，利用公式 R u u u R u u u R i s i i s i i -=-= ''，即可求得； 输出电阻的测量： 已知取样电阻L R ,采用“两次电压法”测量，由公式 L o o L o o o R u u I u u R )1'('-=-= ，即可 求得； 幅频特性测量： 采用点频法，改变输入信号的频率，测量相应的输出电压值，求放大倍数，即可绘制出幅频特性曲线。 四． 实验内容 1， 测试静态工作点
集成运放数据手册中的主要参数和含义 一、直流参数： 1.---输入失调电压 为了是集成运放在零输入时达到零输出，需在其输入端加一个直流补偿电压，这个直流补偿电压的大小即为输入失调电压，两者方向相反。输入失调电压一般是毫伏（mV）数量级。采用双极型三极管作为输入级的运放，其为1-10mV；采用场效应管作为输入级的运放，其大得多；而对于高精度的集成运放，其的值一般很小。 2.---输入失调电压的温度系数 在确定的温度变化范围内，失调电压的变化与温度的变化的比值定义为输入失调电压的温度系数。一般集成运放的输入失调电压的温度系数为10-20；而高精度、低漂
移集成运放的温度系数在1以下。 3.----输入偏置电流 当集成运放的输入电压的输入电压为零，输出电压也为零时，其两个输入端偏置电流的平均值定义为输入偏执电流。两个输入端的偏置电流分别记为和，而表示为 双极型晶体管输入的集成运放，其为10nA-1;场效应管输入的集成运放，其一般小于1nA。 4.—输入失调电流 当集成运放的输入电压威灵，输出电压也为零时，两个输入偏置电流的差值称为输入失调电流，即 一般来说，集成运放的偏置电流越大，其输入失调电流也越大。输入偏置电流和输入失调电流的温度系数，分别用/ 和/来表示。由于输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流均为温度的函数，所以产品手册中均应注明这些参数的测试温度。另外，需要指出的是，上述各参数均与电源电压及集成运放输入端所加的共模电压值有关。手册中的参数一般指在标准电源电压值及零共模输入电压下的测试值。 5.---差模开环直流电压增益 集成运放工作在线性区时，差模电压输入以后，其输出电压变化与差模输入电压变化的比值，称为差模开环电压增益，即 = 差模开环电压增益一般用分贝（dB）为单位，可用下式表示 （ ）=20lg（）（dB）
集成运放的性能指标 学习要求： ●掌握开环差模电压放大倍数、共模抑制比、差模输入电阻、 输入失调电压和输入失调电流等参数的物理意义； ●了解输入失调电压温漂、输入失调电流温漂dI IO/dT、输入偏 置电流、最大差模输入电压、最大共模输入电压、–3dB带 宽、单位增益带宽和转换速度等参数的物理意义。 1.开环差模电压放大倍数Aod 开环差模电压放大倍数A od是指集成运放在开环情况下的空载电压放大倍数。A od ，其值越大越好。通用型运放一般在范围。 2．共模抑制比K CMR 共模抑制比K CMR是集成运放的开环差模电压放大倍数和开环共模电压放大倍数之比 的绝对值，即。它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数。其值越大越好，通用型运放在65－110dB之间。 3．差模输入电阻 差模输入电阻是差模信号输入时，运放的开环输入电阻。愈大，从信号源索取的电流愈小。 4.输入失调电压U I0及其温漂dU IO/dT 由于集成运放的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入 并不为零。U I0是使输出电压为零时在 电压为零时，输出电压 输入端所加的补偿电压，其数值是 电压的负值，即U I0=。U I0愈小，表明电路参数对称性愈好。 dU IO/dT是U I0的温度系数，其值愈小，表明运放的温漂愈小。 5. 输入失调电流I I0及其温漂dI IO/dT I I0＝|I B1－I B2|，I I0的大小反映了输入级差放管输入电流的不对称程度。其值愈小愈好。 dI IO/dT是I I0的温度系数，其值愈小，表明运放的质量愈好。 6. 输入偏置电流I IB 输入偏置电流I IB是输入电压为零时，集成运放两输入端静态基极（栅极）电流的平均值，即I IB＝(I B1+I B2)／2。I IB愈小，信号源内阻对集成运放静态工作点的影响也就愈小，I I0往往也愈小。
运算放大器的电路仿真设计 一、电路课程设计目的 错误!深入理解运算放大器电路模型,了解典型运算放大器的功能,并仿真实现它的功能; 错误!掌握理想运算放大器的特点及分析方法(主要运用节点电压法分析）； ○3熟悉掌握Muｌtisiｍ软件。 二、实验原理说明 （1）运算放大器是一种体积很小的集成电路元件,它包括输入端和输出端。它的类型包括:反向比例放大器、加法器、积分器、微分器、电 压跟随器、电源变换器等. （2） (３)理想运放的特点:根据理想运放的特点,可以得到两条原则： (a）“虚断”:由于理想运放,故输入端口的电流约为零，可近似视为断路,称为“虚断”。 （b)“虚短”:由于理想运放Ａ,，即两输入端间电压约为零,可近似视为短路,称为“虚短”. 已知下图，求输出电压。
理论分析: 由题意可得:(列节点方程) 011(1)822A U U +-= 0111 ()0422 B U U +-= A B U U = 解得: 三、 电路设计内容与步骤 如上图所示设计仿真电路. 仿真电路图：
V18mV R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 0.016 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 0.011 V + - 根据电压表的读数,， 与理论结果相同． 但在试验中，要注意把电压调成毫伏级别，否则结果误差会很大, 致结果没有任何意义。如图所示,电压单位为伏时的仿真结 果:V18 V R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 6.458 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 4.305 V + - ，与理论结果相差甚远。 四、 实验注意事项 1)注意仿真中的运算放大器一般是上正下负,而我们常见的运放是上负下正,在仿真过程中要注意。
实验五 集成运算放大器参数测试 一、实验目的： 1．通过对集成运算放大器741参数的测试，了解集成运算放大器组件主要参数的定义和表示方法。 2．掌握运算放大器主要参数的测试方法。 二、实验原理： 集成运算放大器是一种使用广泛的线性集成电路器件，和其它电子器件一样，其特性是通过性能参数来表示的。集成电路生产厂家为描述其生产的集成电路器件的特性，通过大量的测试，为各种型号的集成电路制定了性能指标。运算放大器的性能参数可以使用专用的测试仪器进行测试（“运算放大器性能参数测试仪”），也可以根据参数的定义，采用一些简易的方法进行测试。本次实验是学习使用常规仪表，对运算放大器的一些重要参数进行简易测试的方法。 实验中采用的集成运算放大器型号为741，其引脚排列如图5.1所示。它是一种八脚双列直插式器件，其引脚定义如下： ①、⑤调零端； 图 5.1 741引脚 ②反相输入端； ③同相输入端； ④电源负极； ⑥输出端； ⑦电源正极； ⑧空脚。 以下为主要参数的测试方法： 1．输入失调电压： 理想运算放大器，当输入信号为零时其输出也为零。但在真实的集
成电路器件中，由于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象（由晶体管组成的差动输入级，不对称的主要原因是两个差放管的U BE 不相等），使得输入为零时，输出不为零。这种输入为零而输出不为零的现象称为“失调”。为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称所造成的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫做“输入失调电压”，记作U IO或V OS。 输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数： 式中：U IO — 输入失调电压 U OO — 输入为零时的输出电压值 A od — 运算放大器的开环电压放大倍数 本次实验采用的失调电压测试电路如图5.2所示。闭合开关K1及K2， 使电阻R B短接，测量此时的输出电压U O1即为输出失调电压，则输入失调电压 图5.2 U IO，I IO测试电路 实际测出的U O1可能为正，也可能为负，高质量的运算放大器U IO一般在1mV以下。 测试中应注意： ①要求电阻R1和R2，R3和R F的阻值精确配对。 2．输入失调电流I IO 当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为I IO（有的资料中使用符号I OS）。 式中：I B1，I B2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流。 输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于I B1，I B2本身的数值已很小（μA或nA级），因此它们的差值通常不是直接测量的，测试电路如图5.2所示，测试分两步进行：1）闭合开关K1及K2，将两个R B短路。在低输入电阻下，测出输出
集成运算放大器的应用实验报告一、实验目的 1．了解运算放大器的特性和基本运算电路的组成； 2．掌握运算电路的参数计算和性能测试方法。 二、实验仪器及器件 1．数字示波器； 2．直流稳压电源； 3．函数信号发生器； 4．数字电路实验箱或实验电路板； 5．数字万用表； 6．集成电路芯片uA741 2块、电容0.01uF2个,各个阻值的电阻若干个。 三、实验内容 1、在面包板上搭接μA741的电路。首先将+12V和-12V直流电压正确接入μA741的Vcc+(7脚)和Vcc-（4脚）。 2、用μA741组成反比例放大电路，放大倍数自定，用示波器观察输入和输出波形，测量放大器的电压放大倍数。 3、用μA741组成积分电路，用示波器观察输入和输出波形，并做好记录。 四、实验原理 （1）集成运放简介 集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电 路。集成运放uA741
uA741电路符号及引脚图 任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。 （a ）电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为±15V 、 ±12V 等。如：uA741的7脚和4脚。 （b ）输出端：只有一个输出端。在输出端和地（正、负电源公共端）之间获得输出电压。如：uA741的6脚。最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制，一般比电源电压低1～2V ；输出电压的正负也受电源极性的限制；在允许输出电流条件下，负载变化时输出电压几乎不变。这表明集成运放的输出电阻很小，带负载能力较强。 （c ）输入端：分别为同相输入端和反相输入端。如：uA741的3脚和2脚。输入端有两个参数需要注意：最大差模输入电压V id max 和最大共模输入电压 V ic max 。 两输入端电位差称为“差模输入电压”V id ：id V V V +-=- 。 两输入端电位的平均值，称为“共模输入电压”V ic ： 任何一个集成运放，允许承受的V id max 和V ic max 都有一定限制。 两输入端的输入电流 i + 和 i - 很小，通常小于1?A ，所以集成运放的 输入电阻很大。 （2）集成运放的主要参数 集成运放的主要参数有：输入失调电压、输入失调电流、开环差模电压放大倍数、共模抑制比、输入电阻、输出电阻、增益－带宽积、转换速率和最大共模输入电压。其中最重要的是增益－带宽积、转换速率和最大共模输入电压三个参数，在应用集成运放时应特别注意。
集成运放的参数较多，其中主要参数分为直流指标和交流指标。其中主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）、输入偏臵电流、输入失调电流、输入偏臵电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰最大差模输入电压。 主要交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。 1、输入失调电压VIO（Input Offset Voltage）输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时，两个输入端之间所加的补偿电压。 输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入失调电压在±1~10mV之间；采用场效应管做输入级的，输入失调电压会更大一些。对于精密运放，输入失调电压一般在1mV以下。输入失调电压越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。 2、输入失调电压的温漂αVIO（Input Offset Voltage Drift） 输入失调电压的温度漂移（又叫温度系数）定义为在给定的温度范围内，输入失调电压的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电压的补充，便于计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间，精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。 3、输入偏臵电流IB（Input Bias Current） 输入偏臵电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏臵电流平均值。输入偏臵电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏臵电流与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入偏臵电流在±10nA~1μA之间；采用场效应管做输入级的，输入偏臵电流一般低于1nA。对于双极性运放，该值离散性很大，但几乎不受温度影响；而对于MOS型运放，该值是栅极漏电流，值很小，但受温度影响较大。 4、输入失调电流（Input Offset Current）输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端偏臵电流的差值。输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电流越小。输入失调电流是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏臵电流的百分之一到十分之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响，特别是运放外部采用较大的电阻（例如10k或更大时），输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失调电流越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。 5、输入阻抗 （1）差模输入阻抗差模输入阻抗定义为，运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容，在低频时仅指输入电阻。 （2）共模输入阻抗共模输入阻抗定义为，运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共模电阻。 6、电压增益 （1）开环电压增益（Open-Loop Gain）在不具负反馈情况下(开环路状况下)，运算放大器的放大倍数称为开环增益，记作AVOL，有的datasheet上写成：Large Signal Voltage Gain。AVOL 的理想值为无限大，一般约为数千倍至数万倍，其表示法有使用dB及V/mV等。 （2）闭环电压增益（Closed-Loop Gain顾名思义，就是在有反馈的情况下，运算放大器的放大倍数、
集成运放的性能主要参数及国标测试方法 集成运放的性能可用一些参数来表示。 集成运放的主要参数： 1．开环特性参数 （1）开环电压放大倍数Ao。在没有外接反馈电路、输出端开路、在输入端加一个低频小信号电压时，所测出输出电压复振幅与差动输入电压复振幅之比值，称为开环电压 放大倍数。Ao越高越稳定，所构成运算放大电路的运算精度也越高。 （2）差分输入电阻Ri。差分输入电阻Ri是运算放大器的主要技术指标之一。它是指：开环运算放大器在室温下，加在它两个输入端之间的差模输入电压变化量△V i与由它所引起的差模输入电流变化量△I i之比。一般为10k~3M，高的可达1000M以上。 在大多数情况下，总希望集成运放的开环输入电阻大一些好。 （3）输出电阻Ro。在没有外加反馈的情况下，集成运放在室温下其输出电压变化与输出电流变化之比。它实际上就是开环状态下集成运放输出级的输出电阻，其大小反映 了放大器带负载的能力，Ro通常越小越好，典型值一般在几十到几百欧。 （4）共模输入电阻Ric。开环状态下，两差分输入端分别对地端呈现的等效电阻，称为共模输入电阻。 （5）开环频率特性。开环频率特性是指：在开环状态下，输出电压下降3dB所对应的通频带宽，也称为开环-3dB带宽。 2.输入失调特性 由于运算放大器输入回路的不对称性，将产生一定的输入误差信号，从而限制里运算放大器的信号灵敏度。通常用以下参数表示。 （1）输入失调电压Vos。在室温及标称电源电压下，当输入电压为零时，集成运放的输出电位Vo0折合到输入端的数值，即： Vos=Vo0/Ao 失调电压的大小反映了差动输入级元件的失配程度。当集成运放的输入端外接电阻比较小时。失调电压及其漂移是引起运算误差的主要原因之一。Vos一般在mV级，显然它越小越好。 （2）输入失调电流Ios。在常温下，当输入信号为零时，放大器两个输入端的基极偏置电流之差称为输入失调电流。即： Ios=Ib- — Ib+ 式中Ib-、Ib+为放大器内两个输入端晶体管的基极电流。Ios一般在零点几微安到零点零几微安数量级，其值越小越好。失调电流的大小反映了差动输入级两个晶体管B值的失配程度，当集成运放的输入端外接电阻比较大时，失调电流及其漂移将是运算误差的主要原因。（3）输入失调电流温漂dIos。温度波动对运算放大器的参数是有影响的。如温度变化时，不仅能使集成运放两输入晶体管的基极偏置电流Ib-、Ib+发生变化，而且两者的变化率也不相同。也就是输入失调电流Ios将随温度而变化，不能保持为常数。一般 常用的集成运放的dIos指标如下： ●通用I型低增益运放。在+25℃~+85℃范围约为5~20nA/℃，-40℃~+25℃范围约为 20~50nA/℃。 ●通用Ⅱ型中增益运放。dIos约为5~20nA/℃。 ●低漂移运放。dIos约为100PA/℃ （4）输入失调电压温漂dVos。在规定的工作温度范围内，Vos随温度的平均变化率，即：dVos=△Vos/△T一般为1~50uV/℃，高质量的低于0.5uV。由于该指标不像Vos可
实验集成运算放大器的基本应用（Ⅱ）——有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图9－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图9－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。 如图9－2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。 图9－2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频率特性 图9－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图9－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图9－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。 (a) 电路图 (b) 幅频特性 图9－3 二阶高通滤波器 电路性能参数A uP 、f O 、Q 各量的函义同二阶低通滤波器。 图9－3（b ）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。 3、 带通滤波器（BPF ）
CMOS运放性能参数仿真规范 (保密文件，内部使用) 芯海科技有限公司 版权所有侵权必究
目 录 22 4其它..................................................................223.3.4其它性能的仿真测试.. (22) 3.3.3最坏情况仿真测试 (21) 3.3.2极限参数仿真测试 (21) 3.3.1工艺容差及温度特性的测试 (21) 3.3运放其它特性参数仿真规范 (21) 3.2.3瞬态参数仿真 (21) 3.2.2交流参数仿真 (20) 3.2.1直流参数仿真 (20) 3.2跨导运放(OTA)性能参数仿真规范 (19) 3.1.4瞬态参数仿真 (18) 3.1.3交流参数仿真 (17) 3.1.2共模输入范围的仿真 (16) 3.1.1直流参数仿真 (16) 3.1全差分运放性能参数仿真规范 (13) 3.2.3瞬态参数仿真 (8) 3.2.2交流参数仿真 (5) 3.2.1直流参数仿真 (5) 3.2双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范 (5) 3.1MOS 运算放大器技术指标总表 (5) 3CMOS 运放仿真规范.......................................................42概述...................................................................41前言...................................................................4MOS 运放性能参数仿真规范..................................................表目录 5 表1 MOS 运算放大器技术指标总表.............................................图目录 10图10 共模抑制比仿真电路...................................................10图9 闭环频响曲线.........................................................9图8 幅频、相频曲线图......................................................9图7 开环增益仿真电路......................................................8图6 输出摆幅与负载电阻的关系曲线............................................8图5 输出动态范围的仿真电路.................................................7图4 共模输入范围输出结果参考图..............................................7图3 共模电压输入范围的仿真电路..............................................6图2 Vos 温度特性参考图.....................................................6图1 输入失调电压仿真电路...................................................
CMOS模拟集成电路 实验报告
实验课7 全差分运放的仿真方法 目标： 1、了解全差分运放的各项指标 2、掌握全差分运放各项指标的仿真方法,对全差分运放的各指标进行仿真，给出各指标的 仿真结果。 本次实验课使用的全差分运放 首先分析此电路图，全差分运算放大器是一种具有差分输入，差分输出结构的运算放大器。其相对于单端输出的放大器具有一些优势：因为当前的工艺尺寸在减少，所以供电的电源电压越来越小，所以在供电电压很小的情况下，单端输出很难理想工作，为了电路有很大的信号摆幅，采用类似上图的全差分运算放大器，其主要由主放大器和共模反馈环路组成。 1、开环增益的仿真 得到的仿真图为
1.开环增益：首先开环增益计算方法是低频工作时(<200Hz) ，运放开环放大倍数；通过仿真图截点可知增益为73.3db。 2.增益带宽积：随着频率的增大，A0会开始下降，A0下降至0dB 时的频率即为GBW，所以截取其对应增益为0的点即可得到其增益带宽积为1.03GB。 3.相位裕度：其计算方法为增益为0的时候对应的VP的纵坐标，如图即为-118，则其相位裕度为-118+180=62，而为保证运放工作的稳定性，当增益下降到0dB 时，相位的移动应小于180 度，一般取余量应大于60度，即相位的移动应小于120 度；所以得到的符合要求。 在做以上仿真的时候，关键步骤 在于设定VCMFB，为了得到大的增益，并且使相位裕度符合要求，一直在不停地改变VCMFB，最初只是0.93,0.94,0.95的变化，后来发现增益还是远远不能满足要求，只有精确到小数点后4为到5位才能得到大增益。 2.CMRR 的仿真 分析此题可得共模抑制比定义为差分增益和共模增益的比值，它反映了一个放大器对于共模信号和共模噪声的抑制能力。因此需要仿真共模增益和差分增益。可以利用两个放大器，一 个连成共模放大，一个连成差模放大，
集成运算放大器参数的测试 电信S09-2-18 李明一．实验目的 1．了解集成运算放大器的主要参数。 2．通过实验，掌握集成运算放大器主要参数的测试方法。 二．预习要求 1．复习集成运算放大器的技术指标，主要参数的定义及测试方法。 2．了解用示波器观察运算放大器传输特性的方法。 3．了解输入失调电压U IO和输入失调电流I IO产生的原因。 三．实验设备 四．实验内容及测试方法 反映集成运算放大器特性的参数主要有以下四大类：输入失调特性、开环特性、共模特性及输出瞬态特性。 1．集成运算放大器的传输特性及输出电压的动态范围的测试 运算放大器输出电压的动态范围是指在不失真条件下所能达到的最大幅度。为了测试方便，在一般情况下就用其输出电压的最大摆幅U op-p 当作运算放大器的最大动态范围。 输出电压动态范围的测试电路如图1(a）所示。图中u i为100Hz正弦信号。当接入负载R L后，逐渐加大输入信号u i的幅值，直至示波器上显示的输出电压波形为最大不失真波形为止，此时的输出电压的峰峰值U op-p就是运算放大器的最大摆幅。若将u i输入到示波器的X轴，u o输入到示波器的Y轴，就可以利用示波器的X—Y显示，观察到运算放大器的传输特性，如图1 (b) 所示，并可测出U o p-p的大小。
（a ） 运算放大器输出电压动态范围的测试电路 （b ） 运算放大器的传输特性曲线 图1（图中：R 1 = R 2 = 1.2k Ω，R f = 20k Ω） U op-p 与负载电阻R L 有关，对于不同的R L ，U op-p 也不同。根据表1，改变负载电阻R L 的阻值，记下 不同R L 时的U op-p ，并根据R L 和U op-p ，求出运算放大器输出电流的最大摆幅I op-p = U op-p /R L ， 运算放大器的U op-p 除了与负载电阻R L 有关外，还与电源电压以及输入信号的频率有关。随着电源电压的 降低和信号频率的升高，U op-p 将降低。 如果示波器显示出运算放大器的传输特性，即表明该放大器是好的，可以进一步测试运算放大器的其 它几项参数。 2． 集成运算放大器的输入失调特性及其测试方法 集成运算放大器的基本电路是差分放大器。由于电路的不对称性必将产生输入误差信号。这个误差信 号限制了运算放大器所能放大的最小信号，即限制了运算放大器的灵敏度。这种由于直流偏置不对称所引 起的误差信号可以用输入失调电压U IO 、输入偏置电流I B 、输入失调电流I IO 及它们的温度漂移来描述。 （1）输入失调电压U IO 的测试 一个理想的运算放大器，当两输入端加上相同的直流电压或直接接地时，其输出端的直流电压应等于 零。但由于电路参数的不对称性，输出电压并不为零，这种现象称为运算放大器的零点偏离或失调，为了 使放大器的输出端电压回到零，必须在放大器的输入端加上一个电压来补偿这种失调。所加电压的大小称 为该运算放大器的失调电压，用U IO 表示。显然U IO 越小，说明运算放大器参数的对称性越好。分析表明， 运算放大器的U IO 主要取决于输入级差分对管U be 的对称性，U 一般 R R f 为0.5 ~ 5mV 。 失调电压的测试电路如图2所示。用 万用表（最好是数字万用表）测出其输出 R 电压U o ，则输入失调电压U IO 可由下式计 算： o f IO U R R R U ?+=11 （1） 图2 输入失调电压测试电路 （2）输入失调电流的测试 (图中：R 1=100Ω，R f = 100k Ω ) 输入端偏置电流I B 是指输出端为零电平时，两输入端基极电流的平均值，即： I B =（I B++I B -）∕2 式中I B+ 为同相输入端基极电流，I B - 为反相输入端基极电流。当电路参数对称时，I B+ = I B - 。但实际 电路中参数总有些不对称，其差值称为运算放大器的输入失调电流，用I IO 表示： I IO = I B+ - I B - 显然，I IO 的存在将使输出端零点偏离，信号源阻抗越高，失调电流的影响越严重。输入失调电流主要
集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案） 3.1 集成运算放大器认识与基本应用 在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317 实现电路电压检测，并通过 三极管开关电路实现电路的控制。首先来看下集成运算放大器的工作原理。 【项目任务】 测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。 信息单】 集成运放的实物如图3.2 所示。 图3.2 集成运算放大 1. 集成运放的组成及其符号 各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3 所示。输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。
图3.3 集成运算放大电路的结构组成集成运放的图形和文字符号如图3.4 所示。 图3.4 集成运放的图形和文字符号 其中“ -”称为反相输入端，即当信号在该端进入时，输出相位与输入相位相反；而 “+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。 2. 集成运放的基本技术指标集成运放的基本技术指标如下。 ⑴输入失调电压U OS 实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。规定在室温(25℃ )及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS，U OS 越小越好，一般约为0.5～5mV 。 ⑵开环差模电压放大倍数A od 集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od。它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB) 表示，目前最高值可 达140dB(即开环电压放大倍数达107)。 ⑶共模抑制比K CMRR K CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即K CMRR = A A od，其含义与差 动放大器中所定义的K CMRR 相同，高质量的运放K CMRR 可达160dB 。 ⑷差模输入电阻r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻，一般为M Ω数量级，以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时，把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运放绝大部分接近理想运放。对于理想运放，A od、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小，说明运放的带负载能 力越强。理想集成运放r o趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS、输入偏置电流I B、输入失调电压温漂d UOS/d T 和输入失 调电流温漂d IOS/ d T、最大共模输入电压U Icmax、最大差模输入电压U Idmax 等，可通过器件
运算放大器参数的基本仿真方法示例（2nd edition） 刘泰源，LTC1733 GROUP ROOM 237，SOC DESIGN CENTRE 目的：仿真一个两级的运放，熟悉模拟电路仿真软件的使用。 采用软件：workview ,hspice 2005.03 工艺库的说明：采用韩国MagnaChip 0.5umCMOS工艺库 对所采用电路描述：首先在workview中生成一个两级的运算放大器，并导出网表，第一级是差分的输入放大器，其作用是放大差模信号，抑制共模信号，第二级是一个共源放大器，提供更大的增益。在第一级里，m1、m2为差动输入管，m5提供由基准电压产生的偏置电流，m3、m4两管是一对电流镜，保证m3,m4两管为两个输入端提供相等的电流。第二级m8是负载管，m7是倒相器的输入管。 主要仿真的运算放大器特性： 增益，增益带宽，建立时间，摆率，ICMR，CMRR，PSRR，输出摆幅，失调电压 运放电路结构图： 图1运放电路
静态工作点的调节在整个模拟电路的设计中是非常重要的，因为不同功能的模块对器件的工作状态有不同的要求，在电路设计初期确定下的管子的工作状态就在这个阶段与以实现。实现的语句在hspice里面是.op语句。这个语句会在仿真生成的.lis文件里面形成一个关于管子工作状态的理解，查找.lis文件中的region关键字，就能找到各个管子工作点的列表。 静态工作点的调节： 采用的方法，先设计第一级的的工作点，再设计第二级的工作点。 第一级工作点设计要求五个管子都工作在饱和区，并且保证电路的对称，在vcc，in1,in2和bias上要加上适当的偏置电压。我设定的bias为 1.5v，in1=in2=2.5v，这个时候要注意调节各管子的宽长比使管子达到饱和，如果m3,m4是线形区，则应该调节减小m3,m4的宽长比，同时通过增加m5的宽长比增大偏置电流，如果m5处于线形区，则应该采取与上面所说的相反的方法，如果输入管处于线形区，要考虑输入的偏置电压是否合适，同时折中上面的调节方法。 在调整第一级进入管子都饱和后，加上第二级一起调整，目的是使两级的管子都进入饱和区，这里遇到的一个问题，就是第二级的两个管子很难同时到达饱和区，发现问题在于m3,m4管的vds太小，使第二级的m7管只能在线形区，减小m3,m4的宽长比和调节m5的偏置电流后，可以使两管都饱和。 在整个过程中，都需要保持偏置管和电流镜对管的对称性。 NOTE：（上述调节过程仅是一个参考，实际电路中BIAS电流不可能这么精确，所以，在实际情况中，调试电路的中的偏置电压更多的由实际偏置电路提供。） 1．开环增益： 1）输入差模信号，调节使各晶体管的工作点都处在饱和区，在输入端in1加入交流信号，in2加上偏置信号。 2）输入激励： vcc vcc 0 5 vbias bias 0 1.2 vin1 in1 0 2.5 vin2 in2 0 2.5 ac 1
实验四 集成运算放大器的基本应用 ――― 模拟运算电路 一、实验目的 1、研究由集成运算放大器组成的比例、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 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 （2) 反相加法电路 电路如图7－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 // R 2 // R F （3) 同相比例运算电路 图7－3(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 1 F O )U R R (1U += R 2＝R 1 // R F i 1 F O U R R U -=
当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图7－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2 ＝R F ，用以 减小漂移和起保护作用。一般R F 取10KΩ， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性 （4) 差动放大电路（减法器） 对于图7-4所示的减法运算电路，当R 1＝R 2 ，R 3 ＝R F 时，有如下关系式 （1 （2 U 和 2、同相比例运算电路 （1）按图7－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表7－2。 (2) 输入f＝100Hz，U i ＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的U O ，并用示波器观察 U。和U i的相位关系，记入表7-2。 3、反相加法运算电路 (1)按图7－2连接实验电路。调零和消振。 (2）从2个-5v～+5v的直流电源分别输入自拟的电压作为U i1和U i2 输入信号,测量输 出电压U ,分别填入表7-3中。 4、减法运算电路
集成运放的主要技术参数 评价集成运放好坏的参数很多，它们是描述一个实际运放与理想放大器件接近程度的数据，这里仅介绍其中主要的几种。 一、输入参数 1．输入失调电压U O及其温漂 在室温及标准电源电压下，为了使静态U O = 0，而在输入端需要加的补偿电压值称为U OS，它反映电路中的对称程度和电位配置情况。典型值为2mV 。 是在指定温度范围内UOS随温度变化的平均变化率。是运放电压漂移特性的量度。单位μV／℃，一般为0.3～30μV／℃。2．输入偏置电流I B I B是在室温及标准电源电压下，以理想恒流源驱动两输入端，使U O＝0时的两个输入端电流的平均值，即 I B＝（I B1＋I B2 ）／2。通常，I B为0.1～10μA 。 3．输入失调电流I OS及其温漂 I OS是指在U O = 0时，两输入端静态电流之差，即I OS＝I B1 - I B2，一般为0.5～5μA。 是在指定温度变化范围内，I OS随温度的变化率。其值为3pA／℃～50nA／℃。 二、差模特性参数 1．开环差模电压放大倍数A od及其频率特性。 A od是指在标准电源及规定负载凡下的开环差模电压放大倍数。|A d（jω）| 下降到直流差模电压放大倍数A od的时所对应的频率为f H。 2．最大差模输入电压U idm U idm是指两个输入端之间所能承受的最大电压差值。超过该值，输入级某一侧将出现PN结反向击穿现象。 3．差模输入电阻r id r id是在室温下，开环运放两输入端之间的差模输入信号的动态电阻。双极型管输入级r id在几十kΩ～几MΩ；场效应管差动输入级r id可达108Ω以上。 三、共模特性参数 1．最大共模输入电压U icm U icm是共模输入电压范围。是在标准电压下，两输入端相同电位时的最大输入电压值。一旦超过U icm，则CMRR将明显下降。2．共模输入电阻r ic r ic是指室温下，每个输入端到地的共模动态电阻。 3．共模抑制比CMRR C MRR定义为运放开环差模电压放大倍数与其共模电压放大倍数之比，即 或
运算放大器的测量和仿真 1.概述 仿真是运放设计的一项重要内容，运放的仿真与运放的应用环境是不可分割的，在仿真之前一定要首先确定运放的实际负载，包括电阻、电容负载，还应包括电流源负载，只有负载确定之后，仿真出的结果才是有意义的：不同的应用场合对运放的性能指标要求也不一样，并不需要在任何时候都要将运放的所有指标都进行仿真，所以，在仿真之前要明确应该要仿真运放的哪几项指标，哪几项指标是可以不仿真的。在仿真时，要对不同的指标分别建立仿真电路，这样有利于电路的检查；DC、AC分析是获得电路某一性能指标信息的一种手段，它需要一些相关的条件来支持，当我们忽略了某一条件或根本没有弄清还有哪些条件时，DC、AC分析的结果就可能与实际情况不一致，导致错误的发生。瞬态仿真则是反映出电路工作的现象，只有瞬态仿真通过，才能说明电路具备 了相应的能力。如：我们在仿真运放的频率特性时，所设计的仿真电路是建立在输入源的输出电阻为零（或很小，几百ohm以下）的基础之上，此时仿真出的运放稳定性很好，但如果实际电路前级的输出电阻不为零（此时应考虑运放输入级的寄生电容），这时，在做实际电路的瞬态仿真时，会发现输出有较大的过冲，瞬态仿真必不可少！而且，每一个AC、DC分析结果都可以用瞬态仿真加以验证。 以下仿真电路，只画出了电阻、电容负载，没有给出电流源负载，在进行电路的仿真时，要根据实际情况，酌情考虑电流源负载的影响（实际上电路动态工作时，一定有输出电流）。一般情况下，电阻、电容负载是相对于共模电压的（不是GND），不会引入静态电流，但在某些场合，如输出驱动电路，其电阻负载是对地的，此时会引入静态电流，这些东西在实际仿真时都是要考虑的。 运算放大器的测量和仿真类别包括：开环增益、开环频率响应（包括相位裕度）、输入失调电压、共模增益、电源抑制比、共模输入输出范围、开环输出电阻和瞬态响应（包括摆率）。 AC相当于小信号仿真，步骤是先进行直流工作点仿真再进行小信号仿真，对于直流电源相当于短路 DC可以仿真工作点，范围等 相当于现实物理模型的仿真，接近真实情况