差分运放运算放大器

运放差分放大电路原理知识介绍文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]差分放大电路（1）对共模信号的抑制作用 差分放大电路如图所示。

特点：左右电路完全对称。

原理：温度变化时，两集电极电流增量相等，即C2C1I I ∆=∆，使集电极电压变化量相等，CQ2CQ1V V ∆=∆，则输出电压变化量0C2C1O =∆-∆=∆V V V ，电路有效地抑制了零点漂移。

若电源电压升高时，仍有0C2C1O =∆-∆=∆V V V ，因此，该电路能有效抑制零漂。

共模信号：大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号。

共模输入：输入共模信号的输入方式称为共模输入。

（2）对差模信号的放大作用 基本差分放大电路如图。

差模信号：大小相等，极性相反的信号称为差模信号。

差模输入：输入差模信号的输入方式称为差模输入。

在图中，I 2I 1I 21v v v =-=， 放大器双端输出电压o v ??I v I v I v C2C1)21(21v A v A v A v v =--=-差分放大电路的电压放大倍数为可见它的放大倍数与单级放大电路相同。

（3）共模抑制比共模抑制比CMR K ：差模放大倍数d v A 与共模放大倍数c v A 的比值称为共模抑制比。

缺点：第一，要做到电路完全对称是十分困难的。

第二，若需要单端输出，输出端的零点漂移仍能存在，因而该电路抑制零漂的优点就荡然无存了。

改进电路如图（b）所示。

在两管发射极接入稳流电阻R。

使其即有高的e差模放大倍数，又保持了对共模信号或零漂强抑制能力的优点。

在实际电路中，一般都采用正负两个电源供电，如图所示（c）所示。

差分放大电路一. 实验目的:1．掌握差分放大电路的基本概念；2．了解零漂差生的原理与抑制零漂的方法；3．掌握差分放大电路的基本测试方法。

二. 实验原理:1.由运放构成的高阻抗差分放大电路图为高输入阻抗差分放大器,应用十分广泛.从仪器测量放大器,到特种测量放大器,几乎都能见到其踪迹。

差分接法:差分放大电路（图3.8a.4）的输入信号是从集成运放的反相和同相输入端引入，如果反馈电阻RF等于输入端电阻R1 ，输出电压为同相输入电压减反相输入电压，这种电路也称作减法电路。

图3.8a.4 差分放大电路差分放大器如图所示，通过采用两个输入，该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数运算放大器的单电源供电方法梦兰大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电，只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作，如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。

需要说明的是，单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作，也可在双电源供电状态下工作。

例如，LM324可以在、+5～+12V单电源供电状态下工作，也可以在+5～±12V双电源供电状态下工作。

在一些交流信号放大电路中，也可以采用电源偏置电路，将静态直流输出电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如图1(b)所示。

该电路的增益Avf＝－RF／R1。

R2＝R3时，静态直流电压Vo(DC)＝1／2Vcc。

耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。

Cl及C2可由下式来确定：C1＝1000／2πfoRl(μF)；C2＝1000／2πfoRL(μF)，式中，fo是所要求最低输入频率。

若R1、RL单位用kΩ，fO用Hz，则求得的C1、C2单位为μF。

一般来说，R2＝R3≈2RF。

图2是一种单电源加法运算放大器。

该电路输出电压Vo＝一RF(V1／Rl十V2／R2十V3／R3)，若R1＝R2＝R3＝RF，则Vo＝一(V1十V2十V3)。

需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。

它是个甲类放大器，在无信号输入时，损耗较大。

思考题(1)图3是一种增益为10、输入阻抗为10kΩ、低频响应近似为30Hz、驱动负载为1kΩ的单电源反相放大器电路。

全差分运算放大器设计岳生生（6）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 NV之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS管的,DSAT PV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1351113571135135753()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g gg ggG A R r r r r g g r r r r=-=-=-+P第二级增益92291129911()m o o o m m o o gg G AR r r gg=-=-=-+P整个运算放大器的增益：4135912135753911(80)10m m m m overallo o o o m m o o dB g g g gAA A g g g gr 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。

全差分运算放大器设计全差分运放（Fully-Differential Amplifier，简称FDA）是一种特殊的运放，它具有两个差动输入和两个差动输出。

全差分运放具有许多优点，包括良好的共模抑制和电源抑制比，适用于高精度传感器信号放大、功率放大和模拟信号处理等领域。

在这篇文章中，我将介绍全差分运放的设计原理和步骤。

首先，我们需要确定设计的要求和规范。

这包括增益要求、带宽要求、电源电压和输入输出电阻等参数。

根据这些要求，我们可以选择合适的运放器件和电路拓扑。

全差分运放的常见电路拓扑有两级差分放大器、共射共源放大器和增益交换放大器等。

在这里，我们以两级差分放大器为例进行设计。

第一步是选择运放器件。

我们需要根据设计要求选择适合的运放器件，可以根据其增益带宽积、供电电压范围和失调电流等参数进行选择。

一般来说，我们可以选择低失调电流、高增益带宽积和低电压噪声的器件。

第二步是确定电路拓扑。

在两级差分放大器中，第一级是差分放大器，第二级是共射共源放大器。

差分放大器的作用是提供高输入阻抗和共模抑制比，共射共源放大器的作用是提供电流放大和驱动能力。

由于这两级放大器要分别满足不同的要求，我们可以选择不同的放大倍数和器件参数来优化电路性能。

第三步是确定偏置电路。

偏置电路的作用是提供恒定的工作电流，这可以通过电流源和电阻网络来实现。

偏置电流的选择要根据运放器件的要求和特点，可以使用恒流源或电流反馈等方法来实现。

第四步是确定反馈电路。

反馈电路的作用是控制放大倍数和增益稳定性，可以使用电阻、电容或者电流源等元件来实现。

选择适当的反馈方式可以减小失调电压和非线性，提高性能。

第五步是进行电路仿真和优化。

通过电路仿真，我们可以验证设计的性能和满足要求。

优化可以通过调整电路参数和进行迭代仿真来实现，以达到设计要求。

第六步是进行电路布局和线路板设计。

在设计布局时，要注意分离放大器电路和干扰源，减少电源和信号线的串扰。

线路板设计要保证差分信号走线的对称性和阻抗匹配，以提高传输性能。

运算放大器的计算-差分运放
摘要：
I.运算放大器的概述
- 什么是运算放大器
- 运算放大器的基本构成
II.差分运放的概述
- 什么是差分运放
- 差分运放的构成和原理
III.差分运放的特性
- 差分运放的输入和输出特性
- 差分运放的频率响应特性
IV.差分运放的典型应用
- 差分运放在音频处理中的应用
- 差分运放在通信系统中的应用
V.差分运放的优缺点
- 差分运放的优点
- 差分运放的缺点
VI.结论
- 对差分运放的总结和展望
正文：
运算放大器是一种电子电路,可以将两个输入信号的差值放大,并输出放大的
结果。

运算放大器广泛应用于各种电子设备和系统中,例如音频放大器、滤波器、振荡器、信号处理器等。

差分运放是运算放大器的一种,具有两个输入端和一个输出端,可以用于放大两个输入信号之间的差值。

运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模擬运算电路中，因而得名。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。

原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。

但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、电源抑制比（PSRR，power-supply rejection ratio）、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）、还有噪声等。

目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。

一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常可靠，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于被短路电流（short-circuit current）破坏。

目录[隐藏]∙ 1 运算放大器的历史∙ 2 运算放大器的基础o 2.1 电路符号o 2.2 理想运算放大器的操作原理▪ 2.2.1 开回路组态▪ 2.2.2 负反馈组态▪ 2.2.2.1 反相闭回路放大器▪ 2.2.2.2 非反相闭回路放大器▪ 2.2.3 正反馈组态∙ 3 实际运算放大器的局限o 3.1 直流的非理想问题▪ 3.1.1 有限的开回路增益▪ 3.1.2 有限的输入阻抗▪ 3.1.3 大于零的输出阻抗▪ 3.1.4 大于零的输入偏压电流▪ 3.1.5 大于零的共模增益o 3.2 交流的非理想问题o 3.3 非线性的问题o 3.4 功率损耗的考量∙ 4 在电路设计中的应用∙ 5 直流特性∙ 6 交流特性∙7 运算放大器的应用∙8 741运算放大器的内部结构o8.1 电流镜与偏压电路o8.2 差分输入级o8.3 增益级o8.4 输出级∙9 CMOS运算放大器的内部结构∙10 其他应用∙11 参见∙12 参考资料与附注∙13 外部链接[编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。

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 NV之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS管的,DSAT PV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1351113571135135753()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g gg gg G A R r rr r g g r r r r=-=-=-+第二级增益92291129911()m o o o m m o o gg G AR r rgg=-=-=-+整个运算放大器的增益：4135912135753911(80)10m m m m overallo o o o m m o o dB g g g gAA A g g g gr 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。

差分运放前、后级电平偏置电路理解和运用差分运放（Differential Amplifier）是一种常用的电路元件，它能够将输入的两个信号进行放大和差分运算，输出的电压与输入信号的差值成正比。

在实际应用中，我们往往需要使用前、后级电平偏置电路来对差分运放进行电压的偏置和稳定，以确保差分运放的正常工作和准确输出。

一、差分运放的原理和基本电路结构差分运放通常由一个差模放大器和两个共模放大器组成。

差模放大器主要负责放大和差分运算，共模放大器则负责对输入信号的共模（也就是两个输入信号的平均值）进行放大。

两者共同组成了一个完整的差分运放电路。

差模放大器的基本电路结构由一个差分对和一个单端放大器组成。

差分对是由两个晶体管组成的，其中一个作为输入端，另一个作为负载。

这样的设计可以使得差分对在工作时能够对输入信号进行放大和差分处理。

而单端放大器则负责将差分对输出的信号进行增益放大和滤波。

二、差分运放前级电平偏置电路的作用和实现差分运放前级电平偏置电路的主要作用是对输入信号进行直流偏置，以确保差分运放正常工作在其非饱和区。

由于差分运放是一种高增益的电路，当输入信号的幅值较大时，容易出现过饱和现象，从而导致输出波形失真。

因此，通过对输入信号进行直流偏置，可以使得输入信号始终处于差分运放的线性范围内，从而避免失真。

差分运放前级电平偏置电路通常由两个电阻和一个电容组成，其中电阻用于形成电流源，电容则用于对输入信号进行高频滤波。

电阻的选择应根据具体应用的需求和差分运放的输入电流范围进行。

三、差分运放后级电平偏置电路的作用和实现差分运放后级电平偏置电路的主要作用是对输出信号进行直流偏置，以使得输出信号能够与输入信号之间保持一定的直流电平差。

这样可以方便后续电路对输出信号进行处理和判断，同时也可以避免输出信号偏离目标电平导致的测量误差。

差分运放后级电平偏置电路通常由两个电阻和一个电容组成，其中电阻用于形成电流源，电容则用于对输入信号进行高频滤波。