一．运算放大器的基本参数
1.开环电压增益A OL
不带负反馈的状态下，运算放大器对直流信号的放大倍数。电压反馈运算放大器采用电压输入/电压输出方式工作，其开环增益为无量纲比，所以不需要单位。但是，数值较小时，为方便起见，数据手册会以V/mV或V/μV代替V/V表示增益，电压增益也可以dB形式表示，换算关系为dB = 20×logAVOL。因此，1V/μV的开环增益相当于120 dB，以此类推。该参数与频率密切相关，随着频率的增加而减小，相位也会发生偏移。
对于反向比例放大电路，只有当AOL＞＞R+Rf时，Vo=-Rf/RVi才能够成立。
2.单位增益带宽B1（Gain-Bandwidth Product）
开环电压增益大于等于1（0dB）时的那个频率范围，以Hz为单位。它将告诉你将小信号（～±100mV）送入运放并且不失真的最高频率。在滤波器设计电路中，假定运放滤波器增益为1V/V，则单位增益带宽大于等于滤波器截止频率f cut-off×100。
3.共模抑制比CMRR
差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，CMRR=|Ad/Ac|。共模输入电压会影响到输入差分对的偏置点。由于输入电路内部固有的不匹配，偏置点的改变会引起失调电压改变，进而引起输出电压改变。其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量，一般来说CMRR=ΔVos/ΔVcom，TI及越来越多的公司将其定义为CMRR=ΔVcom/ΔVos。在datasheet中该参数一般为直流参数，随着频率的增加而降低。
4.输入偏置电流Ibias
输入偏置电流被定义为：运放的输入为规定电位时，流入两个输入端的电流平均值。记为IB。为了运放能正常的工作，运放都需要一定的偏置电流。IB=(IN+IP)/2。
当信号源阻抗很高时，就必须关注输入偏流，因为如果运放有很大的输入偏流，就会对信号源构成负载，因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压，如果信号源阻抗很高，那么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放，也可以采用降低信号源输出阻抗的方法，就是使用一个缓冲器，然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。
在双级输入级的情况下，可以使用对失调电流进行调零的方法，就是使从两个输入端看到的阻抗相互匹配。在CMOS和JFET输入电路的情况下，一般来说，失调电流不是问题，也没有必要进行阻抗匹配了。
5.输入失调电流Ios
当运放的输出端置于规定电位时，流入运放两个输入端的电流之差的绝对值。
I OS=|IN-IP|
6.电源抑制比PSRR
电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压改变量之比的绝对值，单位是dB。对于双电源运放，PSSR=ΔV cc±/ΔV os±。PSSR随着频率的增加而下降。开关电源产生的噪声频率从50kHz到500kHz或更高，在这些高频下，PSSR的值几乎为零，所以，电源上的噪声会引起运放输出端上的噪声，对此必须使用恰当的旁路技术。
7.输入阻抗Ri
当任意一个输入端接地是的两个输入端之间的DC电阻，当信号源阻抗很高时，输入阻抗就成为一个设计要点，因为输入电路是信号源的负载。
8.输出阻抗Ro
运放工作在线性区时，输出端内部的等效小信号阻抗。用于轨对轨输出的运放，比射级跟随器输出级有较高的输出阻抗。
当使用轨对轨运放来驱动重负载时，输出阻抗成为一个设计要点，如果负载主要是电阻性的，那么输出阻抗所限制的是运放的输出电压可以多近的接近电源电压。如果负载是容性的，那就会产生额外的相移，使相位裕度变坏。
9.增益带宽积GBW
开环电压增益与该增益的测试点频率的乘积，单位Hz，该参数与B1相似，B1规定为运放的增益等于1的那个频率点，而GBW规定为运放在一个频率点上的增益带宽积，但这个频率点可以不同于B1。
10.摆速/压摆率SR
由输入端的阶跃变化所引起的输出电压的变化速率，单位是V/S。运放的SR参数等于它可以传递的信号摆速的最大值。它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标，表示运放对信号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。当输入信号变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才按线性规律变化。信号幅值越大、频率越高，要求运放的SR也越大。
一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。但压摆率却是高速运放的重要指标。当运放在传递信号时，如果要求不会因为SR太慢而使信号失真，那么，放大器的摆速必须至少等于信号的最大摆速。可以提供最快SR的运放是电流反馈运放。设计准则是：SR≥2πV out p-p×V cut-off。V out p-p是在V cut-off频率以下的电压峰-峰的期望摆幅值。
处理交流信号的话，增益带宽积(GBP)和转换速率(SR)是主要考虑的指标。
处理直流或低频信号的话，就要主要考虑失调电压和失调电流。
11.输入失调电压Vos
使输出电压为零时，需要加在两个输入端之间的DC电压。双极输入级要比CMOS或JFET输入级有较低的失调电压。Vos是一个折算到输入端的参数，这个电压将被电路的正的闭环增益所放大。如果电路需要DC精度，那么Vos是必须要关注的。
12.输入失调电压长期漂移参数
输入失调电压的改变量与时间改变量之比，通常指一个月内的平均值，单位是V/month。
13.输出电压摆幅Vo
当运放用双极性电源工作时，可以达到的、不削峰的最大峰到峰输出电压，单位为伏特，一般定义在特定的负载条件下。一般运放输出为射级跟随器结构，无法把输出电压驱动到等于电源的任何一个轨电压，轨对轨输出的运放使用了共射级（双极）或共源级（CMOS）输出级，使得输出电压的摆幅仅受到输出管的饱和压降或接通电阻以及负载电流的限制。对于单电源运放，使用VOH和VOL来定义最大和最小输出电压。
运放的输出电压是有限制的，普通运放的输出电压范围一般是（Vss+1.5～Vcc-1.5）V，比如电源电压是±15V，运放能输出的最低电压为-13.5V，最高电压为13.5V，超过这个电压范围即被限幅。这个特性导致电源电压不能被充分利用，特别是电池工作的设备，工作电压很低，这个问题特别突出，于是出现了rail to rail（轨至轨）型运放。那么是不是使用了rail to rail运放，就不用考虑电源轨的限制了呢？对于普通运放，比如15V供电时，说输出电压摆幅可以达到13.5V，其实输出电压接近13.5V时，运放的特性就开始变差，主要表现在放大倍数急剧下降，信号就开始失真，增益越大，失真越严重。Rail to Rail运放的广告宣传中会说能达到正负电源的输出范围，实际上，当信号与电源轨的距离小于300mV时，放大器就会开始产生失真。
那什么时候，可以相信datasheet上标称的电压摆幅呢？把运放当作比较器用的时候！rail to rail运放在作为比较器使用时，其输出电压可以非常接近电源轨，一般只有20mV左
右的距离。
建议：普通运放电源的正负极电压应该分别比要求的输出电压高2V以上，Rail to Rail 型运放应该高300mV以上。
14.输入共模范围VICMR
谈及运算放大器输入时，输入共模电压（VICM）是工程师首先会想到的一个术语，但其可能会带来一定的初始混淆。VICM描述了一个特殊的电压电平，其被定义为反相和非反相输入引脚（图1）的平均电压。
图1 运算放大器的输入共模电压
它常常被表示为：
VICM = [VIN (+) + VIN (–)]/2.
思考VICM的另一种方法是，它是非反相和反相输入即VIN (+)和VIN (–)常见的电压电平。事实证明，在大多数应用中，VIN (+)都非常接近于VIN (–)，因为闭环负反馈使一个输入引脚紧跟另一个，这样VIN (+)和VIN (–)之间的差便接近于零。
对许多常见电路而言确是这样一种情况，其包括电压跟随器、反相和非反相配置。在这些情况下，我们常常假设VIN (+) = VIN (–) = VICM，因为这些电压大约相等。
用于描述运算放大器输入的另一个术语是―输入共模范围‖（VICMR），或者更准确的说是―输入共模电压范围‖。它是许多产品说明书中经常用到的一个参数，同时也是广大电路设计人员最为关心的一个参数。VICMR定义了运算放大器器件正确运行所需的共模输入电压―范围‖，并描述了输入与每个电源轨的接近程度。
思考VICMR的另一种方法是：它描述了由VICMR_MIN和VICMR_MAX定义的一个范围。如图2所示，对VICMR的描述如下：
VICMR = VICMR_MAX – VICMR_MIN
其中:
VICMR_MIN = 相对于VCC –电源轨限制
VICMR_MAX = 相对于VCC+电源轨限制
图2 运算放大器的输入共模电压范围
超出VICMR时，便无法保证运算放大器的正常线性运行。因此，保证完全了解输入信号的整个范围并确保不超出VICMR至关重要。
产生混淆的另一个方面可能会是：VICM和VICMR并非标准化缩略语，而各个IC供应商的各种产品说明书通常使用不同的术语，例如：VCM, VIC, VCMR等。结果，我们必需要了解您研究的规范超过了某个特殊输入电压—一个―输入电压范围‖。
VICMR因运算放大器而各异
运算放大器的输入级由设计规范和所用运算放大器工艺技术类型规定。例如，CMOS 运算放大器的输入级便与双极型运算放大器不同，其区别于JFET运算放大器等。运算放大器输入级和工艺技术的具体情况不在本文讨论范围内，但注意到这些差异存在于各种运算放大器器件之间也很重要。
表1列举了几个德州仪器（TI）运算放大器的例子及其VICMR。―最大电源范围‖栏描述了分裂式电源和单电源（括号内）限制。由该表，我们清楚地知道各运算放大器的输入范围VICMR明显不同。根据器件的具体类型，VICMR可能会低于或者超出电源轨。因此，绝不要假设运算放大器可以接收特殊输入信号范围，除非在产品说明书规范中得到核实。
表1 几种不同运算放大器的VICMR举例
值得一提的一种宽输入范围特例是―轨到轨输入运算放大器‖。尽管，顾名思义，它是一种输入涵盖整个电源轨范围的运算放大器，但并非所有轨到轨输入器件都如许多人设想的那样涵盖整个电源范围。许多轨到轨输入运算放大器的确涵盖了整个电源范围（例如：表1中的OPA333等），但有一些则没有全覆盖，而其描述对人具有一定的误导性。另外，检查产品说明书中的规定输入范围至关重要。
克服VICMR问题
在设计过程的后期，如果您发现您无法满足运算放大器的VICMR要求怎么办呢？可能其他一些参数会是您应用的理想选择，而要修改器件是一件十分困难的事情。一个或多个下列选项或许可以作为一种备选解决方案：
(a) 如果输入幅值过大，请使用一个电阻分压器来让信号维持在正确的VICMR范围内。
(b) 如果输入信号偏移存在问题，请尝试使用一个输入偏置或者DC偏移电路，以让输入信号保持在规定的运算放大器VICMR范围内。
(c) 将器件改为轨到轨输入运算放大器，以满足所有其他要求。
二．同相比例放大和反向比例放大的选择
1.理想信号源的分类
1）理想电压源信号：输入阻抗为0，输出恒定电压，输出电流取决于外电路
2）理想电流源信号：输入阻抗无穷大，输出恒定电流，输出电压取决于外电路对于实际信号源，由于其存在一定的内阻，其输出的电压和电流与电源内部与外部电路都有关系，但对于某种特定的信号来说，可以通过特性判断出其趋向与电压源或者电流源，才能选用相适应的放大电路
2.放大电路的输入输出阻抗
1）理想同向放大器
输入阻抗：Ri=∞
输出阻抗：Ro=0
2）理想反向放大器
输入阻抗：Ri=R1
输出阻抗：Ro=0
3.放大电路形式的选用与信号源的匹配关系
1）对于反向放大器，为电压并联负反馈类型，在信号源越接近电流源时负反馈效果越明显，在信号源为理想电压源时失去作用，因此反向放大器最适合与电流源信号。对于电压源信号，必须设法增大其内阻，使其接近电流源，R1应远大于信号源内阻，为减轻输出级负载，R2应该远大于运放输出电阻
2）对于同相放大器，为电压串联负反馈类型，在信号源越接近电压源时负反馈效果越明显，
在信号源为理想电流源是失去作用，因此反向放大器最适合与电压源信号。由于Vi本身就是电压源，R2应该越小越好，同理，为减轻输出级负载，（R1+R2）应该远大于运放输出电阻
4.放大电路外接电阻的选用
总体原则：对于普通电阻，1K～10K是其抗干扰能力最强的范围。对于反馈电阻，如果取值过小，运放带载能力不够（一般运放带载必须大于1K），无法提供足够大的电流，如果取值过大，将引入过多的干扰信号
1）反向放大器
对于一般电压源，内阻Rs=（10～100）Ω
对于一般运放，输入电阻RAi=（0.1～2）MΩ，输出电阻RAo=（10～100）Ω
一般选择R1=(10～20) kΩ，R2=Af×R1，R3=R1//R2
2）同相放大器
一般选择R1=100Ω～10kΩ，R2=（1～10）kΩ，R3=R1//R2
3）电阻精度选择
对于多级放大电路，每一级电阻选用的精度为m%，对本级来说，误差为2m%，对多级累计误差来说，是相加的关系，即2m%+2n%+2p%...
三．运放的输出处理
1.限流
因为运放输出电流能力有限，对于单片机的AD口，其输入电流的能力也有限，需要在运放输出端加限流电阻。
R的取值，根据运放供电电压的最大值（也就是运放能够输出的最大电压），以及MCU 端口的输入电流限制（如果不清楚，一般取10mA比较保险），两者相除进行确定。
2.滤波
时间常数=R×C，决定了滤波参数，其值越大，则截止频率越低，响应速度越慢，低频滤波性能越好。电容C选常用的容值0.1u，1u，4.7u，10u，47u，100u系列，容值越高，价格越贵，个头越大。需要根据信号特点综合考虑。
四．低通滤波器
当运放工作用于直流信号放大时，在反馈通路上增加电容C对放大倍数没有影响，C 的选择需要根据RC时间常数，反馈电阻的阻值综合考虑。
五．电源和地的滤波
在对电源或者地增加RC滤波时，电容采取“一大一小”搭配，对高低频滤波性能最好。RC的选取同样根据时间常数来确定，但要注意，电源通过R流过电流产生压降，输入到运放的电压并不完全等于电源电压，这将影响到运放的输出。需要根据手册中提供的运放工作电流I，电压V以及R的值，来计算实际运放工作电压V’，如图所示
六．单电源运放和双电源运放选用
1）对于单电源运放，一般既可单电源工作也可双电源工作，对于双电源运放（如OP07），原理上可以单电源供电，但原则上最好不用单电源，因为不是轨对轨（对于电源轨1.5V 多的摆幅），使得线性区间变的很小
2）选择运放工作电压的时候，要考虑最大的输出，如果对于非rail-to-rail运放，其最大输出电压要低于电源电压2V，如果余量不够，将产生切顶失真
3）当信号源以对地为参考时，单电源放大电路会承受很大的输入共模电压，电路中的输入电压不是以电源中点Vcc/2为参考，这与双电源运放不同（GND相当于Vcc和-Vcc的中点），而是以低电源轨为参考。当输入信号为正时，电路是没法工作的，因为运放输出没法为负电压。这个电路只能在很小的负电压输入限度内工作，因为当输入与其中一个电源轨相近时，大多数运放都不能很好的工作。因此，对于单电源运放，这种直接的反向比例放大电路往往是不可行的。
单电源运放的输入往往可以在一个很小的负电压范围内正常工作，比如MCP6002，其手册上的共模输入范围为：
则如果对于一个简单的反向比例放大电路，其信号输入端电压可以在-0.3V～0V之间正常工作，输出反向即正电压。
5）
运放的输入引脚电压不能为负，但单电源运放可以处理负电压输入：
如图所示，，
Vin=-0.1V～-1V，但由于Vcc的偏压，使得运放正向输入端引脚的电压大概为10×2/302=65mV，反向输入端的电压等同于正向输入端，不会产生负压。但是当Vcc关断而输入电路存在一个负电压的时候，大部分的负压将加到反向输入端上，最保险的办法是增加一个二极管加以钳位保护，此二极管要选择肖特基型，钳位电压200mV。
6）单电源运放输入举例：
首先选择我们选择一个TLC2272运算放大器，并通过VCC = 10V为其供电。并且所得接近VCC输入限制估计为约9.2V。为了测试该电路，我们将VCC/2 = 5V DC偏移的300 Hz 正弦波应用于输入端。在VOUT出现变化以前，一直对AC幅值进行调节。当应用10 Vp-p 输入时：（请作答）
第二个例子中，我们在图3电压跟随器电路中使用一个TL971轨到轨输出运算放大器，但其结果不同。这里，我们通过一个5V单电源为运算放大器供电，这样便得到VCC = 5V。由产品说明书规范可知，保证VICMR范围为1.15V到3.85V，即中间VCC/2大概为2.7 Vp-p。将一个1-kHz正弦波应用于2.5V的DC偏移。
随着VIN增加至约3.5 Vp-p（中间为2.5V），VOUT继续跟随VIN，并表现出正确的运算放大器行为。注意，该线性行为好于我们根据产品说明书限制做出的VICMR预计，但其仍然超出了保证限制。
VIN稍稍增加至3.52 Vp-p，VOUT便开始在正（5V）和负（0V）轨附近呈现非线性行为（图5）。
VIN进一步增加至4.2 Vp-p，明显超出VICMR。由于输入峰值在正轨附近超出限制，因此其上跳至正轨（5V），并在VIN返回到某个可接受范围以前一直保持在该状态，最终VOUT信号出轨。
七．基于联立方程组的模拟放大电路设计
见《运算放大器权威指南》第四章、第五章。作为专题讨论。
八．运放的放大倍数设计
1）对于单级运放来说，放大倍数最好控制在10～100倍，放大倍数太大，带宽会变窄，Rf 需要设计的很大，由失调电流引起的失调电压（乘积项）会显著增大，容易产生零位失稳和自激振荡
2）总的放大倍数，要按照最大信号的电压值对应AD的满幅输入进行计算
3）对于多级运放来说，假设每级噪声为Vn1, Vn2, Vn3，增益为A1, A2, A3。那么输出噪声为A1A2A3Vn1+A2A3Vn2+A3Vn3。而信号增益为A1A2A3。对于噪声来说，A3越大，输出噪声越大。因此，在设计时，设计前级运放的放大倍数要比后级大一些，以提高信噪比，且越是前级，越要选用高增益低噪音运放。越到后级，前级运放的偏置和信号噪音已经被前级放大，对后级运放的参数可根据前级的放大比例进行适当放宽。
4）对于带宽来说，级数越多，带宽越降窄，如果是三级运放，每一级的带宽为B，则最终的带宽约为0.51B
九．电压跟随器的反馈电阻
电压跟随器的工作原理就是把输出电压全部反馈到输入负端, 从输入正端输入信号, 形
成增益为1 的正向运算放大电路。反馈端串联电阻是为了抵消信号源的内阻，使负输入端偏置电流(Bias current) 在反馈电阻上产生的偏移电压，抵消掉正输入端偏置电流在信号源内阻上产生的偏移电压，从而使运放的工作更对称。电阻上并连的电容是用于改善频率特性或使电路工作稳定的。信号源内阻较大时，添加阻值与信号源内阻相同的反馈电阻，可以减少输出失调电压，提高跟随精度。
十．运放Vos和Ib的计算和选择
这两个参数对于直流信号放大电路来说至关重要，如果没有进行计算或者选择合理的运放参数，将导致设计失效。
对于Vos和Ib，对于所在一级的运放来说，要根据最小输入信号的电流和电压进行估算，设当前级最小信号的电流为I，电压为V，则必须保证I＜Ib，V＜V os，一般来说，至少应该在小于1/2数量级，最好能够小一个数量级（0.1倍），否则最小信号将淹没在运放的失调和偏置中，无法得到测量。每放大一级，信号乘以相应的放大倍数输出到下一级，对下一级运放来说，V os和Ib可以得到放大，因此越到放大后级，指标的选取可以根据计算来适当放松。
《电路与电子学基础》实验报告 实验名称集成运算放大器应用 班级2013211XXX 学号2013211XXX 姓名XXX
实验7.1 反相比例放大器 一、实验目的 1．测量反相比例运算放大器的电压增益，并比较测量值与计算值。 2．测定反响比例放大器输出与输入电压波形之间的相位差。 3．根据运放的输入失调电压计算直流输出失调电压，并比较测量值与计算值。 4．测定不同电平的输入信号对直流输出失调电压的影响。 二、实验器材 LM 741 运算放大器 1个 信号发生器 1台 示波器 1台 电阻：1kΩ 2个，10kΩ 1个，100kΩ 2个 三、实验步骤 1.在EWB平台上建立如图7-1所示的实验电路，仪器按图设置。 单击仿真开关运行动态分析，记录输入峰值电压 V和输出峰值电压 ip V，并记录直流输出失调电压of V及输出与输入正弦电压波形之间的op 相位差。
Vip=4.9791mV Vop=498.9686mV Vof=99.37mV 相位差π 2.根据步骤1的电压测量值，计算放大器的闭环电压增益Av。 Av=-100.2 3.根据电路元件值，计算反相比例运算放大器的闭环电压增益。 Av=-100 4.根据运放的输入失调电压 V和电压增益Av，计算反相比例运放 if 的直流输出失调电压 V。 of Vof=100mV 四、思考与分析 1．步骤3中电压增益的计算值与步骤1，2中的测量值比较，情况如何？ 计算值为-100，测量值为-100.2，基本相等，略有误差
2．输出与输入正弦电压波形之间的相位差怎样？ 相位差为π 3．步骤1中直流输出失调电压的测量值与步骤4中的计算值比较，情况如何？ 测量值为99.37mV,计算值为100mV,基本相等，略有误差 4．步骤1中峰值输出电压占直流输出失调电压的百分之几？ 500% 5．反馈电阻 R的变化对放大器的闭环电压增益有何影响？ f 在R1一定的条件下，Rf越大，闭环电压增益越大 实验7.2 加法电路 一、实验目的 1．学习运放加法电路的工作原理。 2．分析直流输入加法器。 3．分析交直流输入加法器。 4．分析交流输入加法器。 二、实验器材 LM741 运算放大器 1个直流电源 2个 0～2mA毫安表 4个万用表 1个 信号发生器 1台
集成运算放大器实验报告 2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验 由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点，通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。 一、实验目的 1．掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法； 2．掌握各种求和电路的设计方法； 3．熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。 二、实验仪器及备用元器件 （1）实验仪器 （2）实验备用器件 三、电路原理 集成运算放大器，配备很小的几个外接电阻，可以构成各种比例运算电路和求和电路。 图2.4.3（a ）示出了典型的反相比例运算电路。依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为 1 f o i i R A R υυυυ==- 2.4.1 式中的“-”号说明电路具有倒相的功能，即输出输入的相位相反。当1f R R =时，o i υυ=-，电路成为反相器。合理选择1f R R 、的比值，可以获得不同比例的放大功能。反相比例运算电路的共模输入电压很小，带负载能力很强，不足之处是它的输入电阻为1i R R =，其值不够高。为了保证电路的运算精度，除了设计时要选择高精度运放外，还要选择稳定性好的电阻器，而且电阻的取值既不能太大、也不能太小，一般在几十千欧到几百千欧。为了使 电路的结构对称，运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，R R +-=,图2.4.3（a ）中，应为1//P f R R R =， 电阻称之为平衡电阻。
(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路 图2.4.3 典型的比例运算电路 图2.4.3（b ）示出了典型的同相比例运算电路。其输出输入电压之间的关系为 1 (1)f o i i R A R υυυυ==+ 2.4.2 由该式知，当0f R =时，o i υυ=，电路构成了同相电压跟随器。同相比例运算电路的最大特点是输入电阻很大、输出电阻很小，常被作为系统电路的缓冲级或隔离级。同样，为了保证电路的运算精度，要选择高精度运放和稳定性好的电阻器，而且电阻的取值一般在几十千欧到几百千欧。为了使电路的结构对称，同样应满足1//P f R R R =。 图2.4.4（a ）为典型的反相求和电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短”、“虚断”的概念可以求得 121 2 ( )f f o i i R R R R υυυ=-+ 2.4.3 当满足12R R R ==时，输出电压为 12()f o i i R R υυυ=- + 2.4.4 实现比例求和功能。当满足12f R R R ==时，，输出电压为 12()o i i υυυ=-+ 2.4.5 实现了两个信号的相加运算。电路同样要求12////P f R R R R =。该电路的性能特点与反相运算电路相同。 (a) 反相求和运算电路 (b) 同相求和运算电路 图2.4.4 典型的求和运算电路 同理，对于图2.4.4（b ）所示的同相求和电路，当电路满足12////f R R R R =的条件下，可以得到输出电压为 121 2 f f o i i R R R R υυυ= + 2.4.6
第九章集成运算放大器及其应用（易映萍） 9.1 差分放大电路 9.2互补功率放大电路 9.3 集成运算放大电路 9.4 理想集成运放的线性运用电路 9.5 理想集成运放的非线性运用电路 习题 第九章集成运算放大器及其应用 9.1 差分放大电路 9.1.1 直接耦合多级放大电路的零点漂移现象 工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面和长度等，它们通过不同的传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性连续信号，这些信号具有以下两个特点： 1．信号比较微弱，只有通过多级放大才能驱动负载； 2．信号变化缓慢，一般采用直接耦合多级放大电路将其放大。 u＝0）时，人们在试验中发现，在直接耦合的多级放大电路中，即使将输入端短路（即 i u≠0）,这种现象称为零点漂移（简称为零漂），如图输出端还会产生缓慢变化的电压（即 o 9.1所示。 （a）测试电路（b）输出电压u o的漂移 图9.1 零点漂移现象 9.1.2 零漂产生的主要原因 在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化以及半导体元器件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移，在阻容耦合放大电路中，耦合电容对这种缓慢变化的漂移电压相当于开路，所以漂移电压将不会传递到下一级电路进一步放
大。但是，在直接耦合的多级放大电路中，前一级产生的漂移电压会和有用的信号（即要求放大的输入信号）一起被送到下一级进一步放大，当漂移电压的大小可以和有用信号相当时，在负载上就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压，严重时漂移电压甚至把有效信号电压淹没了，使放大电路无法正常工作。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移，所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂，从某种意义上讲零点漂移就是静态工作点Q点随温度的漂移。 9.1.3抑制温漂的方法 对于直接耦合多级放大电路，如果不采取措施来抑制温度漂移，其它方面的性能再优良，也不能成为实用电路。抑制温漂的方法主要由以下几种： （1）采用稳定静态工作的分压式偏置放大电路中Re的负反馈作用； （2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化； （3）采用特性完全相同的三极管构成“差分放大电路”； 9.1.4 差分放大电路 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。直接耦合的多级放大电路的组成框图如图9.2所示。 图9.2 多级放大的组成框图 A倍后传送到负载上，对电路造从上图可知输入级一旦产生了温漂，会经中间级放大 u2 A≈1，对电路造成的成严重的影响，而中间级产生的温漂，由于直接到达功放级而功放的 u 影响跟输入级相比少得多，所以，我们主要应设法抑制输入级产生的温漂，故在直接耦合的多级放大电路中只有输入级常采用差分放大电路的形式来抑制温漂。 9.1.4.1 差分放大电路的组成及结构特点 一．电路组成 差分放大电路如图9.3所示。
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
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。
幂的运算知识要点归纳及答案解析 【要点概论】 要点一、同底数幂的乘法特点 +?=m n m n a a a (其中,m n 都是正整数).即同底数幂相乘，底数不变，指数相加. 要点诠释：（1）同底数幂是指底数相同的幂，底数可以是任意的实数，也可以是单项式、 多项式. （2）三个或三个以上同底数幂相乘时，也具有这一特点， 即m n p m n p a a a a ++??=（,,m n p 都是正整数）. （3）逆用公式：把一个幂分解成两个或多个同底数幂的积，其中它们的底数 与原来的底数相同，它们的指数之和等于原来的幂的指数。即 m n m n a a a +=?（,m n 都是正整数）. 要点二、幂的乘方法则 ()=m n mn a a (其中,m n 都是正整数).即幂的乘方，底数不变，指数相乘. 要点诠释：（1）公式的推广：(())=m n p mnp a a (0≠a ，,,m n p 均为正整数) （2）逆用公式： ()()n m mn m n a a a ==，根据题目的需要常常逆用幂的乘 方运算能将某些幂变形，从而解决问题. 要点三、积的乘方法则 ()=?n n n ab a b (其中n 是正整数).即积的乘方，等于把积的每一个因式分别乘方， 再把所得的幂相乘. 要点诠释：（1）公式的推广：()=??n n n n abc a b c (n 为正整数). （2）逆用公式：()n n n a b ab =逆用公式适当的变形可简化运算过程，尤其 是遇到底数互为倒数时，算法更简便.如：1010 101122 1.22???? ?=?= ? ????? 重点四、注意事项
实训九 集成运放的线性应用 内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路 一、实训目的 1.掌握集成运算放大器的使用方法。 2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。 3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。 二、实训测试原理 1. 反相放大电路 电路如图（1）所示。输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。 根据“虚断”概念，即i N =i p ，由于R 2接地， 所以同相端电位U p =0。又根据“虚短”概念可知，U N =U p ，则U N =U p =0，反相端电位也为零。但反相端又不是接地点，所以N 点又称“虚地”。则有 f 1i i =,1i = 1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1 f R R i U 。 运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻，其大小为R 2=R 1∥R f 。 图（1） 反相放大电路 图（2） 同相放大电路 图（3） 电压跟随器 2. 同相放大电路 电路如图（2）所示。输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。根据“虚断”与“虚短”的概念，有N P i U U U ==，i N =i P =0；则得i 1f 0)1(U R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器，如图（3）。
三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表 3.示波器 四、实训器材 1. 集成块μA741(HA17741) 2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×2 3. 电位器1KΩ×1 五、实训电路 图（3）反相比例运算实训电路 图（4）同相比例运算实训电路 六、测试步骤及内容 1. 反相比例运算实训
集成运算放大器 一、集成运放的结构框图 零点漂移是指将直流放大器输入端对地短路，使之处于静态状态时，在输出仍然会出现不规则变化的电压。 造成零漂的原因是电源电压的波动和三极管参数随温度的变化，其中温度变化是产生零漂的最主要原因。 二、理想运放工作在线性区的特点 在集成运放的各种应用中，其工作范围有两种，即工作在线性区和非线性区。若运放在开环状态和引入正反馈时，它就工作在非线性区；要使运放工作在线性区，则必须引入负反馈。运算电路中的集成运放都是闭环使用的，引入了深度负反馈，也就是工作在线性区。 1、理想运放在线性区具有以下特点： （1）v I+=v I- 虚短 v I+=v I-=0 虚地 i I+=i I- =0 虚断 (2) “虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区的两个重要结论，也是今后分析集成运放线性应用电路的重要依据。 三、反馈类型的判断 （1）负反馈放大器的四种组态 电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈（2）正反馈和负反馈的判定 反馈回到反相输入端的是负反馈； 反馈回到同相输入端的是正反馈 （3）电压反馈和电流反馈的判定 反馈电阻跟Vo接在同一端的是电压反馈，不接在同一端的是电流反馈。 （4）串联反馈和并联反馈的判定 反馈电阻跟Vi接在同一端的是并联反馈，不接在同一端的是串联反馈。 四、集成运算放大器线性应用电路 （一）反相输入比例运算电路（反相放大器）
电压并联负反馈 R 2=R l ∥R f= f f R R R R +11 （二）同相输入比例运算电路（同相放大器） 电压串联负反馈 R 2=R l ∥R f=f f R R R R +11 （三）减法比例运算电路（差分放大器） 电压负反馈
IC课程设计论文题目：运算放大器电路的设计
2012/1/5 摘要 本次课程设计主要内容为：利用MOS管设计一个运算放大器。放大器具有放大小信号并抑制共模信号的功能。首先从放大器理论参数及结构下手，然后经过Hspice网表的生成及仿真调整最后得到满足参数要求的MOS管设定。 关键词：运算放大器，共模电压，电压摆幅，功耗电流 Hspice仿真，增益带宽
ABSTRACT The main content of course design for: use the design a MOS operational amplifier. Amplifier has put size and control signal common mode signal function. Starting from the first amplifier parameters and structure theory laid a hand on him, and then after the formation of the Hspice nets table and adjust the final simulation parameters of the requirements to meet the MOS set. K eywords: operational amplifier ，common-mode voltage ，voltage swing current consumption ，Hspice simulation ，Gain bandwidth
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。 R1 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 R1 15kΩR2 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 函数信号发生器函数信号发生器 (a)无反馈电阻(b)有反馈电阻 图3.1集成运算符放大器LM358测试电路(multisim) 【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od CMRR oc A K =A ，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160d B 。 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
1前言1 2二级运算放大器电路 1 2.1电路结构 1 2.2设计指标 2 3 Cadence仿真软件 3 3.1 schematic原理图绘制 3 3.2 生成测试电路 3 3.3 电路的仿真与分析 4 3.1.1直流仿真 4 3.1.2交流仿真 4 3.4 版图绘制 5 3.4.1差分对版图设计 6 3.4.2电流源版图设计 7 3.4.3负载MOS管版图设计 7 3.5 DRC & LVS版图验证 8 3.5.1 DRC验证 8 3.5.2 LVS验证 8 4结论 9 5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。 关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。 Abstract In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one. Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
u o t u u i1 i2运算放大器知识点总结 1、 部分组成 偏置电路，输入级，中间级，输出级。 2、零点漂移： （1）表现： 输入u i =0时，输出有缓慢变化的电压产生。 （2）原因： 由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。 （3）衡量方法： 将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。 例如 100,=u1A 100=u2A 10000=u A 如果输入等效为100uV ，漂移为1V 。 （4）减小漂移的措施： 采用差动放大电路 采用温度补偿，非线性元件 3、差动放大电路 运放的输入级一般采用差动放大电路。 差动放大电路又称差分放大电路，它的输出电压与两个输入电压之差成正比。它能较好地克服直接耦合放大器的零点漂移问题，是集成运算放大器的基本组成单元。 结构如右图： （1）对称性结构 β1=β2=β U BE1=U BE2= U BE r be1= r be2= r be R C1=R C2= R C R b1=R b2= R b （2）信号分类 差模信号：i2i1id =u u u - o u V CC V EE o u V CC V EE
i2 u EE 共模信号：) ( 2 1 = i2 i1 ic u u u+ 差模电压增益： id od ud = u u A 共模电压增益： ic oc uc = u u A 总输出电压： ic uc id ud oc od o =u A u A u u u+ = + 2 1 1 EE AB R R R V U + = 3 AB C3 V 7.0 R U I - = 2 C3 C2 C1 I I I= = ②动态 恒流源等效电阻：) // 1( 3 2 1 be3 3 ce R R R r R r R + + + = β 等效 ，且 2 1 2 1 2 1 // R R R R R R + ? = （5）差动放大器输入、输出方式的接法 u i1=u i2 =u ic，u id=0 设u i1 ↑，u i2↑ →u o1↓，u o2↓。 因u i1 = u i2， →u o1 = u o2 → u o= 0 (理想化) 共模电压放大倍数A UC=0 i2 i1 u
成绩评定表
课程设计任务书
摘要 本设计是根据要求进行的集成运算放大器的设计，用Protel软件设计实验电路，并绘制出PCB电路板，根据电路图对设计进行制作，最后进行调试测试。通过对Protel软件的学习与应用，加深对相关原理的理解，并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力，为后续相关课程和相关软件的学习与应用打下坚实的基础。并根据通信电子线路所学的知识，掌握电路设计，熟悉电路的制作，运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练，从而培养独立分析问题和解决问题的能力。根据相关课题的具体要求，按照指导老师的指导，进行具体项目的设计，提高自己的动手能力和综合水平。 本设计采用LM324芯片，它是一个四运算放大器的基本电路，在四运算放大器电路中起到了至关重要的作用。通过LM324芯片与其他相关电子元件的组合，画出调制与解调电路图，并完成PCB电路的绘制，完成课题的设计，可以算是对自我综合能力的一次有益尝试。 关键字：Protel、PCB、LM324、四运算放大器
目录 1 Protel的简要介绍 (5) 1.1 Protel的发展历史 (5) 1.2 Protel99SE简介 (5) 2 设计任务及要求 (6) 2.1设计任务 (6) 2.2设计要求 (6) 3 电路原理介绍 (7) 3.1 反向运算放大器 (7) 3.2 反向加法器 (7) 3.3 差动运算放大器 (7) 3.4积分器电路 (8) 4 原理图设计 (10) 4.1电路元件明细表 (10) 4.2 绘制原理图 (10) 4.3 元件生成清单 (12) 5 印刷版图的绘制 (12) 5.1 准备电路原理图和网络表 (12) 5.2 创建PCB文件以及网络表的装入 (15) 5.3 元件的布局以及印刷板的布线 (15) 6收获和体会 (16) 7 主要参考文献 (17)
实验名称 集成运算放大器的基本应用 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。 2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。 3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。 二.实验元器件 集成运算放大器 LM324 1片 电位器 1k Ω 1只 电阻 100k Ω 2只；10k Ω 3只；5.1k Ω 1只；9k Ω 1只 电容 0.01μf 1只 三、预习要求 1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。 3.实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。 4.自拟实验数据表格。 四.实验原理及参考电路 本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 1. 反向比例运算 反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则 11 0υυR R f -=
R f 100k R 1 10k A 10k R L v o v 1 R 9k 图1 其输入电阻1R R if ≈，图中1//R R R f ='。 由上式可知，改变电阻f R 和1R 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑： ○ 1根据增益，确定f R 与1R 的比值，因为 1 R R A f vf - = 所以，在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑；若f R 太大，则1R 亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若f R 太小，则1R 亦小，输入电阻if R 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。 若对放大器输入电阻有要求，则可根据1R R i =先确定1R ，再求f R 。 ○ 2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取1//R R R f ='，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。 本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。 2. 反向比例加法运算 反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流，实现代数相加，其输出电压 ??? ??+-=122111 v R R v R R v f f o 当R R R ==21时 ()1211v v R R v f o +- = 为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理，图中的21////R R R R f ='。
《集成电路CAD》课程设计报告 课题：基于Spectre运算放大器的设计 一：课程设计目标及任务 利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。 二：运算放大器概况 运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示： 图1.1运放示意图 运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 三：原理图的绘制及仿真
3.1原理图的绘制 首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下： 图3.1电路原理图 原理图中MOS管的参数如下表： Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol
课题集成运放大器的基础知识所属章节第三章：集成运算放大器 教学目的1、了解集成运放的组成的符号 2、掌握理想运放的两个重要结论 教学重点1、运算放大器的组成 2、运算放大器的电路符号 3、运算放大器的主要参数 4、理想运算放大器 教学方法讲授法、多媒体课件教学 课题引入 集成运算放大器最早应用于模拟计算机中，如完成加法、减法等数学运算。而今主要有来完成信号的产生、转换、处理等，集成运算放大器已得到广泛应用。 授课内容 一、集成运算放大器的组成及符号 集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出，具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。 1、电路组成 集成运放内部组成框图如图所示。 ①输入级 输入级又称前置级，它往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。 ②中间级 中间级是整个放大电路的主要放大电路。其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载。其电压放大倍数可达千倍以上。 ③输出级 输出级具有输出电压线性范围宽，输出电阻小（即带负载能力强），非线性失真小等优点。多采用互补对称发射极输出电路。 ④偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与分 授课内容立元件不同，集成运放多采用电流源电路为各级提供合适的集电
极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。 2、电路符号 旧标准新标准 二、集成运放的主要参数 1、开环差模电压放大倍数Avd 在集成运放无外加反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数。 2、共模抑制比K CMR 共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值， 3、差模输入电阻R id 集成运放在输入差模信号时的输入电阻。 4、输出电阻Ro 集成运放开环状态下的输出电阻。 5、输入失调电压v IO 理想集成运放，当输入为零时，输出也为零。但实际集成运放的差分输入级不易做到完全对称，在输入为零时，输出电压可能不为零。为使其输出为零，人为的在输入端加一补偿电压，称此补偿电压为输入失调电压，用v IO表示。 6、输入失调电流I IO 集成运放在常温下，当输出电压为零时，两输入端的静态电流之差，称为输入失调电流，用I IO表示， 三、理想集成运算放大器 理想运算放大器的条件： 1、开环差模增益（放大倍数）A vd=∞； 2、差模输入电阻R id =∞； 3、输出电阻Ro=0； 4、共模抑制比K CMR=∞； 两条重要结论： ①理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。即 v i =v N -v P =0 v N =v P， 通常称为“虚短”。 ②理想集成运放的两输入端电流均为零。即 i N -i P =0,通常称为“虚断” 。 课堂练习1、集成运放电路是一种高增益的放大器，它的内部电
运算放大器的原理 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。 运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。 运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。 运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2）， 反相端的输入信号电压。 运算放大器的历史 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。 运放的工艺技术
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、电容个，各个阻值的电阻若干个。 三、实验内容 1、在面包板上搭接卩A741的电路。首先将+12V和-12V直流电压正确接入卩A741的Vcc+（7脚）和Vcc- （4脚）。 2、用卩A741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、用卩A741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 的 引脚图下图所示 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，典型电源电压为土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 ：V id 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 d max和V c 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