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。
CMOS二级运算放大器设计 （东南大学集成电路学院） 一．运算放大器概述 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT 或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。 它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等。 二．设计目标 1.电路结构 最基本的COMS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如图所示。主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 图两级运放电路图 2.电路描述 电路由两级放大器组成，M1~M4构成有源负载的差分放大器，M5提供该放大器的工作电流。M6、M7管构成共源放大电路，作为运放的输出级。M6 提供给M7 的工作电流。M8~M13组成的偏置电路，提供整个放大器的工作电流。相位补偿电路由M14和Cc构成。M14工作在线性区，可等效为一个电阻，与电容Cc一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿。 3.设计指标 两级运放的相关设计指标如表1。
表1 两级运放设计指标 三．电路设计 第一级的电压增益： )||(422111o o m m r r g R G A == 第二级电压增益： )||(766222o o m m r r g R G A =-= 所以直流开环电压增益： )||)(||(76426221o o o o m m o r r r r g g A A A -== 单位增益带宽： c m O C g A GBW π2f 1 d == 偏置电流： 2 13 122121)/()/()/(2??? ? ??-=L W L W R L W KP I B n B 根据系统失调电压： 7 5 6463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W == 转换速率： ? ?? ???-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min 相位补偿： 12.1)/()/()/()/(1 61311 146 6+== m m m C g g L W L W L W L W g R
折叠式共源共栅运算放大器
目录 一．摘要 (2) 二．电路设计指标 (3) 三．电路结构 (3) 四．手工计算 (7) 五．仿真验证 (10) 六．结论 (12) 七．收获与感悟 (12) 八．参考文献 (13)
摘要 运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用，针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。本文完成了一个由pmos作输入的放大器。vdd为3.3v，负载电容为1pf，增益Av 大于80dB，带宽GBM大于100MHz的放大器。输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力，为达到较宽的带宽，本文详细分析推导了电路所存在的极零点，共源共栅镜像电流源产生Ibias。选择P沟道晶体管的宽度和长度，使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。 关键字：运算放大器、共源共栅级、极点 Abstract Operation amplifiers are widely used in many field s nowadays。All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application．One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis．Power Supply 3.3v，load capacitor 1pf，Gain＞80dB，GBM＞100MHz。The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point，for the purpose of wider bandwidth，we carefully analysis the pole and zero in the circuit ，use common source common gate as current Ibias。Choose pmos w/l to make their mg and dsr which can match with nmos。 Kay words：Operation amplifiers、common source common gate、pole
实验一、两级运算放大器的仿真验证 一、实验目的 1、学习集成运算电路单元的设计参数的仿真、测试、验证。 2、学习采用Cadence工具实现IC电路设计的基本操作和方法，包括电路图的编辑以及仿真调试过程。 二、实验内容 本实验通过设计一个两级运算放大器电路学习Cadence工具下电路的设计和仿真方法。实验内容包括： 1.熟悉Cadence界面及基本的建立新的cell文件等基本过程； 2.完成两级运算放大器电路的设计； 3.利用Cadence的仿真环境得到波形，分析仿真结果。 该电路设计采用上华CSMC0.5umCMOS工艺设计，工作电压5V。 三、实验原理 运算放大器是一个能将两个输入电压之差放大并输出的集成电路。运算放大器是模拟电子技术中最常见的电路，在某种程度上，可以把它看成一个类似于BJT或FET 的电子器件。它是许多模拟系统和混合信号系统中的重要组成部分。
它的主要参数包括：开环增益、单位增益带宽、相位阈度、输入阻抗、输入偏流、失调电压、漂移、噪声、输入共模与差模范围、输出驱动能力、建立时间与压摆率、CMRR、PSRR以及功耗等主要包括四部分：第一级输入级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 1.共模抑制比：差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用 共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电 压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制 比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR 来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。 2.共模输入范围：是指在差分放大电路中，二个输入端所加的是大小相 等，极性相同的输入信号叫共模信号，此信号的范围叫共模输入信号范 围。 3.电源抑制比：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(PSRR)，常用分贝表示。通常把满量程电压变化 的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比。 4.输出摆幅：指的是，当输出信号为电压的时候，外部量的变化引起的输 出电压变化。对于无源器件，这个变化通常是从某个负电压到某个正电 压。而对于有源器件，这个变化是相对于某个固定电压，做一定幅度的 上下偏移。（无源器件也可以看作是相对电压0做偏移）。 四、实验步骤 1、登陆到UNIX系统。 在登陆界面，输入用户名stu01和密码123456。 2、Cadence的启动。 登录进去之后，点击Terminal出现窗口，输入icfb命令，启动Cadence软件。 3、根据设计指标及电路结构，估算电路参数。 4、利用Candence原理图的输入。 （1）Composer的启动。在CIW窗口新建一个单元的Schematic视图。 （2）添加器件。在comparator schematic窗口点击Add-Instance或者直
目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端
第五章 含有运算放大器的电阻电路 ◆ 重点： 1、运放的传输特性 2、比例器、加法器、减法器、跟随器等运算电路 3、含理想运放的运算电路的分析计算 ◆ 难点： 熟练计算含理想运放的电路 5.1 运放的电路模型 5.1.1 运放的符号 运放是具有高放大倍数的直接耦合放大电路组成的半导体多端实际元件。而在本章中，所讲到“运放”，是指实际运放的电路模型——一种四端元件。其符号为 + u- _ o + _ 图5-1 运放的符号 在新国标中，运放及理想运放的符号分别为 图5-2 运放的新国标符号 5.1.2 运放的简介 一、同相与反相输入端 运放符号中的“+”、“-”表示运放的同相输入端和反相输入端，即当输入电压加在同相输入端和公共端之间时，输出电压和输入电压两者的实际方向相对于公共端来说相同；反之，当输入电压加在反相输入端和公共端之间时，输出电压和输入电压两者的实际方向相对于公共端来说相反。其意义并不是电压的参考方向。 二、公共端 在运放中，公共端往往取定为接地端——电位为零，实际中，电子线路中的接地端常常取多条支路的汇合点、仪器的底座或机壳等，输入电压、输出电压都以之为参考点。有时，电路中并不画出该接地端，但计算时要注意它始终存在。
5.1.3 运放的输入输出关系 一、运放输入输出关系曲线 在运放的输入端分别同时加上输入电压+ u 和- u （即差动输入电压为d u ）时，则其输 出电压u o 为 d u u o u A u u A u =-=-+)( d 图5-3 运放输入输出关系曲线 实际上，运放是一种单向器件，即输出电压受输入电压的控制，而输入电压并不受输出电压的控制。由其输入输出关系可以看出，运放的线性放大部分很窄，当输入电压很小时，运放的工作状态就已经进入了饱和区，输出值开始保持不变。 二、运放的模型 a u - u o u 图5-4 运放的电路模型 由运放的这一模型，我们可以通过将运放等效为一个含有受控源的电路，从而进行分析计算。 例：参见书中P140所示的反相比例器。（学生自学） 5.1.4 有关的说明 在电子技术中，运放可以用于 1．信号的运算——如比例、加法、减法、积分、微分等 2．信号的处理——如有源滤波、采样保持、电压比较等 3．波形的产生——矩形波、锯齿波、三角波等 4．信号的测量——主要用于测量信号的放大 5.2 具理想运放的电路分析 5.2.1 含理想运放的电路分析基础 所谓“理想运放”，是指图中模型的电阻R in 、R 0为零，A 为无穷大的情况。由此我们可以得出含有理想运放的电路的分析方法。根据输入输出特性，我们可以得出含有理想运放器件的电路的分析原则：
电工电子实验报告 学生姓名： 学生学号： 系别班级： 报告性质： 课程名称：电工电子实验实验项目：负反馈放大器实验地点： 实验日期： 成绩评定： 教师签名：
实验四 负反馈放大器 一、实验目的 加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。 二、实验原理 负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。 负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。本实验以电压串联负反馈为例，分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。 1、图4－1为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过R f 把输出电压u o 引回到输入端，加在晶体管T 1的发射极上，在发射极电阻R F1上形成反馈电压u f 。根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。 主要性能指标如下 1) 闭环电压放大倍数 V V V Vf F A 1A A += 其中 A V ＝U O ／U i — 基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，即开环电压放大 倍数。
图4－1 带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器 2) 反馈系数 F1 f F1 V R R R F += 3) 输入电阻 R if ＝(1＋A V F V )R i R i — 基本放大器的输入电阻 4) 输出电阻 V VO O Of F A 1R R += R O — 基本放大器的输出电阻 A VO — 基本放大器R L ＝∞时的电压放大倍数 1) 在画基本放大器的输入回路时，因为是电压负反馈，所以可将负反馈放大器的输出端交流短路，即令u O ＝0，此时 R f 相当于并联在R F1上。 2) 在画基本放大器的输出回路时，由于输入端是串联负反馈，因此需将反馈放大器的输入端（T 1 管的射极）开路，此时（R f ＋R F1）相当于并接在输出端。可近似认为R f 并接在输出端.
电压反馈型运算放大器的稳定性分析与补偿技术 整理：李柱炎turnfey@https://www.doczj.com/doc/2b12850333.html, 本文整理自“小辉辉”的博客，感谢原作者，出处： https://www.doczj.com/doc/2b12850333.html,/thinki_cao/blog/#m=0&t=1&c=fks_084071080095080064087086084095092 085088071080094081070 Title: Stability Analysis of Voltage-Feedback Op Amps Including Compensation Techniques by Ron Mancini Mixed Signal Products 摘要 本文阐述了电压反馈型运算放大器（op amp）稳定性的分析方法，这里使用电路的性能作为获得成功设计的标准。这里讨论了内部补偿以及无补偿运算放大器的几种补偿技术。 1 Introduction 电压反馈型放大器（VFA）已经面世60年左右，从第一天开始，它们就一直成为了电路设计者的一个问题。众所周知，反馈使得它们功能强大且精确，同样的也有一定的趋势使得它们不稳定。运算放大器（op amp）电路通常使用一个高增益的放大器，它的参数是由外部反馈元件决定的。放大器的增益是如此地高以至于没有这些外部反馈元件时，轻微的输入信号就有可能使得放大器的输出饱和。运算放大器是作为通用目的使用的，所以该设定已经经过详细检验，不过结果对于其他电压反馈型电路同样可用。电流反馈型放大器（CFA）与VFA比较相似，不过它们之间的差别非常重要以至于CFA必须在单独的应用笔记中讨论。 稳定性，正如常常在电子电路术语中出现的那样，常常被定义为获得一个不振荡的状态。这是对该单词比较差劲、不精确的定义。稳定性是一个相对项，并且这样的情形使得很多人迷惑因为相对性的判断是非常费力的。在振荡的电路与不振荡的电路之间画线是很容易的，所以我们可以理解为什么有些人认为振荡是稳定与不稳定之间的自然边界。 远在振荡发生之前，反馈电路会有着恶化的相位响应、过冲和振铃，并且这些影响不被电路设计者欢迎。本应用笔记并不着眼于振荡器；因此，相对稳定性在性能方面定义。通过定义，当设计者决定好要做哪些权衡之后，他们能确定电路的相对稳定性是多少。相对稳定性的度量即衰减系数，并且可以在参考1中找到关于衰减系数的相关讨论。衰减系数与相位裕量相关，因此，相位裕量是相对稳定性的另一度量。最稳定的电路有着最长的响应时间、最低的带宽，最高的精度和最小的过冲。稳定性最差的电路有着最快的响应时间、最高的带宽、最低的精度和一些过冲。 放大器是用如晶体管等的有缘元件搭建的。相关的晶体管参数，如晶体管增益等，是受
教案 课程: 电路分析基础 内容: 第五章含有运算放大器的电阻电路 课时:3学时 教师：刘岚
教学环节教学过程 复习 引入新课 讲述新课简单回顾上次课的知识点。 在第一章中我们已经学习了电阻、独立电源和受控电源这几种常见的电路元件。在这一章我们将学习一种新的电路器件。 运算放大器是电路中一种重要的多端器件，它的应用十分广泛。在这一章，我们将学习运算放大器的电路模型，运算放大器在理想化条件下的外部特性，含有理想运算放大器的电路的分析，以及一些含有运放的典型电路。 多媒体课件展示： 第五章含有运算放大器的电阻电路 一、设置悬念、激发探究 放大器是电子设备中的基本部件，在日常生活中经常看到它的应用。例如：扩音机、收音机、音响、电视机、MP3等电子产品中都有放大器。它们都能够将收到的小信号转换成人们可以听到或看到的大信号。 我们将要学习的运算放大器主要用于实现对信号的加法、减法、积分、微分等运算。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。 二、运算放大器的电路模型 多媒体课件展示：5.1 运算放大器的电路模型运放是一种集成电路。一般放大器的作用是把输入电压放大一定倍数后再输送出去，其输出电压与输入电压的比值称为电压放大倍数或电压增益。运放是一种高增益、高输入电阻、低输出电阻的放大器。
运放的电路模型与外部特性：多媒体课件展示。 注意点： 1. 掌握运算放大器各个端子的名称，端子电压表示方法：反相输入端-u ，同相输入端+u ，输出端o u ，这些电压都是对地的参考电 压。 2. 掌握运算放大器的电压关系：如果在运放的输入端同时加输入电压-u 和+u ，则有：d o Au u u u =-=-+)(A ，A 为运放的电压放 大倍数，d u 称为差分输入电压。 3. 掌握运放工作的三个区域：线性工作区、正向饱和区与反向饱和区。 4. 掌握运算放大器理想化的条件： （1） 输入电阻∞→i R ，则有i +=0 , i -=0。 即从输入端看进去，元件相当于开路(虚断路)。 （2） 输出电阻0R →o 。 （3）运算放大器开环放大倍数∞→A ，则由于o u 为有限值，则d u =0 ,即+u =-u ，两个输入端之间相当于短路(虚短路)。 多媒体课件展示：5.2 含运算放大器的电路分析 对含有理想运放的电路，应合理运用理想运放“虚短”和“虚断”两条规则，并结合节点电压法进行求解。 需要注意的是，在对理想运放输入端列写KCL 方程时，由于理想运放输入电流为零，故可将其视为“开路”；由于运放输出端的电流事先无法确定，故不宜对该节点列写KCL 方程。 含有运放的电阻电路分析：多媒体课件展示（例题）。
Current Feedback Amplifiers National Semiconductor Corporation 电流反馈放大器 美国国家半导体公司
Current Feedback Amplifiers 声明： 本文为中国电子网社区https://www.doczj.com/doc/2b12850333.html,网友NE5532翻译，在翻译中得到了中国电子网和广大社区网友的帮助，在这里一并致谢。 本文仅供大家学习参考，并不得用于商业目的。 欲索取国家半导体公司的原版资料，请查询国家半导体网站https://www.doczj.com/doc/2b12850333.html,模拟技术大学栏目。 西南科技大学（SWUST） 江海波（NE5532） 2004-7
电流反馈放大器 1. The Conventional OP Amp (6) 2. Gain Bandwidth Tradeoff (10) 3. Slew-Rate Limiting (13) 4. The Current-Feedback Amplifier (16) 5. No Gain-Bandwidth Tradeoff (22) 6. Absence of Slew-Rate Limiting (25) 7. Second-Order Effects (27) 8. CF Applications Considerations (32) 9. CF Integrators (34) 10. Stray Input-Capacitance Compensation (36) 11. 译注： (37)
Current Feedback Amplifiers In their effort to approximate the ideal OP amp, manufacturers must not only maximize the open-loop gain and minimize input-referred errors such as offset voltage, bias current, and noise, but must also ensure adequate band-width and settling-time characteristics. Amplifier dynamics are particularly important in applications like high-speed DAC buffers, subranging ADCs, S/H circuits, ATE pin drivers, and video and IF drivers (Reference 1) Being basically voltage-processing devices, OP amps subject to the speed limitations inherent to voltage-mode operation, stemming primarily from the stray capacitances of nodes and the cutoff frequencies of transistors. Particularly severe is the effect of the stray capacitances between the input and output nodes of high-gain inverting stages because of the Miller effect which multiplies the stray capacitance by the voltage gain of the stage. On the other hand, it has long been recognized that current manipulation is inherently faster than voltage manipulation. The effect of stray inductances in a circuit is usually less severe than that of its stray capacitances, and BJTs can switch currents much more rapidly than voltages. These technological reasons form the basis of emitter-coupled logic, bipolar DACs, current conveyors, and the high-speed amplifier topology know as current-feedback (Reference 2) For true current-mode operation, all nodes in the circuit should ideally be kept at fixed voltages to avoid the slow-down effect by their stray capacitances. However, since the output of the amplifier must be a voltage, some form of high-speed voltage-mode operation must also be provided at some point. This is achieved by employing gain configurations that are inherently immune from the Miller effect, such as the common-collector and the cascode configurations, and by driving the nodes with push-pull stages to rapidly charge/discharge their stray capacitances. To ensure symmetric rise and fall times, the NPN and PNP transistors must have comparable characteristics in terns of cutoff frequency . Traditionally, monolithics PNP’s have been plagued by much poorer performance characteristics than their NPN counterparts. However, the recent development of truly complementary high-speed processes makes it possible to achieve monolithics speeds that were hitherto available only in hybrid form. t f The advantages of the current-feedback topology are best appreciated by comparing it against that of the conventional OP amp (Reference 3, Reference 4).
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
《集成运算放大器》试题 时间：60分钟总分：分班级：班命题人： 一、判断题 1.按反馈的信号极性分类，反馈可分为正反馈和负反馈。（正确） 2.负反馈使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差增大，使系统振荡。（错误） 3.若反馈信号与输入信号极性相同或变化方向同相，则两种信号混合的结果将使放大器的净输入信号大于输出信号，这种反馈叫正反馈。正反馈主要用于信号产生电路。（正确） 4.正反馈使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。（正确） 5.反馈信号与输入信号极性相反或变化方向相反，则叠加的结果将使净输入信号减弱，这种反馈叫负反馈。（正确） 6.放大电路通常采用负反馈技术。（正确） 7.负反馈的取样一般采用电流取样或电压取样。（正确） 8.反馈按取样方式的不同，分为电阻反馈和电流反馈。（错误） 9.负反馈有其独特的优点，在实际放大器中得到了广泛的应用，它改变了放大器的性能。采用负反馈使得放大器的闭环增益趋于稳定。（正确） 10.正反馈使得放大器的闭环增益趋于稳定。（错误） 11.线性运算电路中一般均引入负反馈。（正确） 12.在运算电路中，同相输入端和反相输入端均为“虚地”。（错误） 13.使净输入量减小的反馈是负反馈，否则为正反馈。（正确） 14.集成运放处于开环状态，这时集成运放工作在非线性区。（正确） 15.运算电路中一般引入正反馈。（错误） 16.集成运放只能够放大直流信号，不能放大交流信号。（错误） 17.集成运放在实际运用中一般要引入深度负反馈。（正确） 18.集成运算放大电路是一种阻容耦合的多级放大电路。（错误） 19.集成运放的“虚断”是指运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于零，好像断路一样，但却不是真正的断路。（正确） 20.若放大电路的放大倍数为负值，则引入的反馈一定是负反馈。（错误） 21.电压负反馈稳定输出电压，电流负反馈稳定输出电流。（正确） 22.只要在放大电路中引入反馈，就一定能使其性能得到改善。（错误） 23.反相比例运算电路中集成运放反相输入端为“虚地”。（正确） 24.集成运算放大电路产生零点漂移的主要原因是晶体管参数受温度的影响。（正确） 25.实际集成运算放大电路的开环电压增益非常大，可以近似认为A=∞。（正确）26.实际集成运算放大电路的开环电压增益非常小，可以近似认为A=0。（错误） 27.“虚短”和“虚断”是分析集成运放工作在线性区的两条重要依据。（正确） 28.负反馈可以大大减少放大器在稳定状态下所产生的失真。（正确） 29.理想的差动放大电路，即能放大差模信号，也能放大共模信号。（错误） 30.由集成运放和外接电阻、电容构成比例、加减、积分和微分的运算电路工作在线性工作范围。（正确） 二、单选题 1.理想集成运放具有以下特点：（B）。 A.开环差模增益Aud=∞，差模输入电阻Rid=∞，输出电阻Ro=∞ B.开环差模增益Aud=∞，差模输入电阻Rid=∞，输出电阻Ro=0 C.开环差模增益Aud=0，差模输入电阻Rid=∞，输出电阻Ro=∞ D.开环差模增益Aud=0，差模输入电阻Rid=∞，输出电阻Ro=0 2.在输入量不变的情况下，若引入反馈后（D），则说明引入的反馈是负反馈。 A.输入电阻增大 B.输出量增大 C.净输入量增大 D.净输入量减小 3.负反馈能抑制（B）。 A.输入信号所包含的干扰和噪声 B.反馈环内的干扰和噪声 C.反馈环外的干扰和噪声 D.输出信号中的干扰和噪声 4.对于集成运算放大电路，所谓开环是指（B）。 A.无信号源 B.无反馈通路 C.无电源 D.无负载 5.对于集成运算放大电路，所谓闭环是指（D）。 A.考虑信号源内阻 B.接入负载 C.接入电源 D.存在反馈通路 6.下面关于线性集成运放说法错误的是（D）。 A.用于同相比例运算时，闭环电压放大倍数总是大于等于1。 B.一般运算电路可利用“虚短”和“虚断”的概念求出输入和输出的关系 C.在一般的模拟运算电路中往往要引入负反馈 D.在一般的模拟运算电路中，集成运放的反相输入端总为“虚地” 7.集成运放级间耦合方式是(B)。 A.变压器耦合 B.直接耦合 C.阻容耦合 D.光电耦合 8.同相比例运算电路的比例系数会（A）。 A.大于等于1 B.小于零 C.等于零 D.任意值 9.直接耦合放大器能够放大（C）。 A.只能放大直流信号 B.只能放大交流信号 C.交、直流信号都能放大 D.任何频率范围的信号都能放大 10.下面关于集成运放理想特性叙述错误的是（C）。 A.输入阻抗无穷大 B.输出阻抗等于零 C.频带宽度很小 D.开环电压放大倍数无穷大
1.电压反馈放大器与电流反馈放大器的区别： 1.带宽VS增益 电压反馈型放大器的-3DB带宽由R1、Rf和跨导gm共同决定，这就是所谓的增益帯宽积的概念，增益增大，带宽成比例下降。同时运放的稳定性有输入阻抗R1和反馈阻抗Rf共同决定。而对于电流反馈型运放，它的增益和带宽是相互独立的，其-3DB带宽仅由Rf决定，可以通过设定Rf得到不同的带宽。再设定R1得到不同的增益。同时，其稳定性也仅受Rf影响。 2.反馈电阻的取值 电流型运放的反馈电阻应根据数据手册在一个特定的范围内选取，而电压反馈型的反馈电阻的选取就相对而言宽松许多。需要注意的是电容的阻抗随着频率的升高而降低，因而在电流反馈放大器的反馈回路中应谨慎使用纯电容性回路，一些在电压反馈型放大器中应用广泛的电路在电流反馈型放大器中可能导致振荡。比如在电压反馈型放大器我们常会在反馈电阻Rf上并联一个电容Cf来限制运放的带宽从而减少运放的带宽噪声（Cf也常常可以帮助电压反馈型放大器稳定），这些如果运用到电流反馈放大器上，则十有八九会使你的电路振荡。 3.压摆率 当信号较大时，压摆率常常比带宽更占据主导地位，比如同样用单位增益为280MHZ的放大器来缓冲10MHZ，5V的信号，电流反馈放大器能轻松完成，而电压反馈放大器的输出将呈现三角波，这是压
摆率不足的典型表现。通常来说，电压反馈放大器的压摆率在500V每us,而电流反馈放大器拥有数千V每us. 4.如何选择两类芯片 a,在低速精密信号处理中，基本看不到电流反馈放大器的身影，因为其直流精度远不如精密电压反馈放大器。 b.在高速信号处理中，应考虑设计中所需要的压摆率和增益帯宽积；一般而言，电压反馈放大器在10MHZ以下，低增益和小信号条件下会拥有更好的直流精度和失真性能；而电流反馈放大器在10MHZ以上，高增益和大信号调理中表现出更好的带宽和失真度。当下面两种情况出现一种时，你就需要考虑一下选择电流反馈放大器：1，噪声增益大于4；2，信号频率大于10MHZ。 编辑本段2.应用时需要注意的问 1、电流反馈型放大器不能用做积分器 2、电流反馈型放大器在反馈电阻两端不能用并联电容的方法消除振荡 3、电流反馈型放大器的输出和反向输入端不能跨接电容 4、电流型反馈放大器的反馈误差量是运放负管脚的电流值，Vout=Zt×In 5、电流型反馈放大器的反馈电阻不能选择过大的值 6、电流型反馈放大器的反馈阻值会影响放大的稳定性和带宽 7、电流型反馈放大器不能用作电压跟随器的接法 8、电流型反馈放大器的压摆率比较高 9、电流型反馈放大器无增益带宽积这一个参数10、电流型反馈放大器的增益和闭环带宽可以分别的设置11、反馈电阻有一个最佳值，既可以保证最大带宽，也可以保证稳定的放大的不振荡。
二级运算放大器
哈尔滨理工大学 软件学院 模拟IC课程设计报告 课程模拟IC设计 题目二级运算放大器 专业集成电路设计与集成 班级集成10-2班 学生唐贝贝 学号1014020227 指导老师陆学斌 2013年6月14日 目录 1.课程设计目的………………………………………………… 2.课程设计题目描述和要求……………………………………
3.课程设计具体内容…………………………………………… 3.1 设计过程分析…………………………………………… 3.2使用软件………………………………………………… 3.3 原理图…………………………………………………… 3.4 仿真网表………………………………………………… 3.5波形分析………………………………………………… 4.心得体会……………………………………………………… 一、课程设计目的 1.熟悉并掌握Hspice与cosmosScope软件的使用。 2.熟练应用Hspice仿真网表并修改分析网表，学会用comosScope查看 分析波形。 3.锻炼学生独立完成二级运算放大器的能力。 4. 在扎实的基础上强化实践能力，把模拟IC理论实践化。 二、课程设计题目描述和要求 设计指标： 静态功耗：小于5mw 开环增益：大于70dB 单位增益带宽大于5MHz 相位裕量：大于60度 转换速率（SR）大于20V/us 共模抑制比：大于60dB 电源抑制比：大于70dB
输入失调：小于1mV 负载电容：2-4pF 要求： 1、手工计算出每个晶体管的宽长比。通过仿真验证设计是否正确，保证每个晶体管的正常工作状态。 2、使用Hspice工具得到电路相关参数仿真结果，包括：幅频和相频特性（低频增益，相位裕度，单位增益带宽）、CMRR、PSRR、共模输入输出范围、SR 等。 3、每个学生应该独立完成电路设计，设计指标比较开放，如果出现雷同按不及格处理。 4、完成课程设计报告的同时需要提交仿真文件，包括所有仿真电路的网表，仿真结果。 5、相关问题参考教材第六章，仿真问题请查看HSPICE手册。 三、课程设计具体内容 3.1理论计算： 3.2原理图
1.一般反相/同相放大电路中都会有一个平衡电阻，这个平衡电阻的作用是什么呢？ (1) 为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置。 芯片内部的电路通常都是直接耦合的，它能够自动调节静态工作点，但是，如果某个输入引脚被直接接到了电源或者地，它的自动调节功能就不正常了，因为芯片内部的晶体管无法抬高地 线的电压，也无法拉低电源的电压，这就导致芯片不能满足虚短、虚断的条件，电路需要另外分 析。 (2)消除静态基极电流对输出电压的影响，大小应与两输入端外界直流通路的等效电阻值平衡， 这也是其得名的原因。 2.同相比例运算放大器，在反馈电阻上并一个电容的作用是什么？？ (1)反馈电阻并电容形成一个高通滤波器, 局部高频率放大特别厉害。 (2)防止自激。 3.运算放大器同相放大电路如果不接平衡电阻有什么后果? (1)烧毁运算放大器，有可能损坏运放,电阻能起到分压的作用。 4.在运算放大器输入端上拉电容，下拉电阻能起到什么作用？？ (1)是为了获得正反馈和负反馈的问题，这要看具体连接。比如我把现在输入电压信号，输出电 压信号，再在输出端取出一根线连到输入段，那么由于上面的那个电阻，部分输出信号通过该电 阻后获得一个电压值，对输入的电压进行分流，使得输入电压变小，这就是一个负反馈。因为信 号源输出的信号总是不变的，通过负反馈可以对输出的信号进行矫正。 5.运算放大器接成积分器，在积分电容的两端并联电阻RF 的作用是什么？ (1) 泄放电阻，用于防止输出电压失控。 6.为什么一般都在运算放大器输入端串联电阻和电容？ (1)如果你熟悉运算放大器的内部电路的话，你会知道，不论什么运算放大器都是由几个几个晶 体管或是MOS 管组成。在没有外接元件的情况下，运算放大器就是个比较器，同相端电压高的时 候，会输出近似于正电压的电平，反之也一样……但这样运放似乎没有什么太大的用处，只有在 外接电路的时候，构成反馈形式，才会使运放有放大，翻转等功能…… 7.运算放大器同相放大电路如果平衡电阻不对有什么后果? (1)同相反相端不平衡，输入为0 时也会有输出，输入信号时输出值总比理论输出值大（或小） 一个固定的数。 (2)输入偏置电流引起的误差不能被消除。 8.理想集成运算放大器的放大倍数是多少输入阻抗是多少其同相输入端和反相输入端之间的电 压是多少？ (1) 放大倍数是无穷大，输入阻抗是无穷小，同向输入和反向输入之间电压几乎相同（不是0