两级运放
- 格式:doc
- 大小:232.02 KB
- 文档页数:7
两级运算放大器参数计算运放(运算放大器)是指一种能放大输入信号的电子设备,常用于放大低电平的信号以及信号调节、滤波、放大等应用。
运放具有非常好的线性特性,输入信号经过运放放大后,输出信号基本保持与输入信号相同的形状,但放大了很多倍。
在运放的应用中,常常需要根据具体的要求来选择适合的电路和参数。
其中,两级运放是一种常用的放大器电路,由两个运放组成。
在计算两级运放的参数之前,我们需要明确以下几个概念:1. 增益(Gain):运放的增益是指输出信号与输入信号之间的比值关系,通常以倍数或者分贝(dB)来表示。
增益越大,输出信号就越大。
2. 带宽(Bandwidth):运放的带宽是指在一定范围内,运放输出信号的幅度能够保持线性增益的频率范围。
带宽越大,运放的频率响应范围就越宽。
3. 输入阻抗(Input Impedance)和输出阻抗(Output Impedance):输入阻抗是指运放输入端的电阻,输出阻抗是指运放输出端的电阻。
输入输出阻抗越大,对待放大的信号影响越小。
下面以电压放大器为例,介绍两级运放的参数计算:1.增益的计算:两级运放的增益等于第一级运放的增益与第二级运放的增益相乘。
增益的计算方法可以通过运放的数据手册来获取,或者通过实验测量得到。
2.带宽的计算:两级运放的带宽等于第一级运放的带宽与第二级运放的带宽取较小值。
带宽的计算方法也可以通过运放的数据手册来获取。
3.输入阻抗的计算:两级运放的输入阻抗等于第一级运放的输入阻抗与第二级运放的输入阻抗相乘。
输入阻抗的计算方法可以通过运放的数据手册来获取。
4.输出阻抗的计算:两级运放的输出阻抗等于第一级运放的输出阻抗与第二级运放的输出阻抗相乘。
输出阻抗的计算方法可以通过运放的数据手册来获取。
需要注意的是,两级运放的参数计算可能受到电源电压、工作温度等因素的影响,因此在实际应用中还需要考虑这些因素,并选择合适的电源和工作环境。
除了上述参数计算,还可以通过仿真软件进行两级运放的电路设计和参数优化。
二级运放电路及原理二级运放电路及原理二级运放电路是运放电路中常见的一种配置,由两个运放组成。
它通常用于信号放大、滤波和电压比较等应用中。
本文将详细介绍二级运放电路的工作原理和常见的应用场景。
一、二级运放电路的原理二级运放电路由两个运放组成,通常被称为前级和后级。
前级运放起到信号输入和放大的作用,后级运放则负责信号输出和整流的功能。
1.1 前级运放前级运放一般采用差动放大电路,其工作原理如下:通过输入端的输入信号,经过放大电阻连接到非反相输入端,同时通过调节电位器来调节反相输入端的电平。
在这个过程中,负反馈网络会将输入信号反馈给放大器的输入端,起到稳定放大倍数的作用。
1.2 后级运放后级运放一般用来整流并放大信号,常见的有反相放大器和非反相放大器。
反相放大器的工作原理如下:输入信号通过输入端连接到反相输入端,同时通过电阻和电位器连接到反相输入端,从而形成反馈网络。
在这个过程中,放大器根据反馈网络中的电平差异来放大信号。
非反相放大器的工作原理与反相放大器相反:输入信号通过输入端连接到非反相输入端,同时通过电阻和电位器连接到反相输入端。
通过这种连接方式,输入信号经过放大电路被直接放大。
二、二级运放电路的应用二级运放电路由于具有较高的增益和较低的失调电平,广泛应用于各种电子设备和电路中。
2.1 信号放大二级运放电路可以将输入信号放大到较高的电平,用于音频放大、功放等应用中。
通过调节输入端的增益电阻和电位器,可以自由地调节放大倍数,满足不同的需求。
2.2 滤波二级运放电路也可以用来实现滤波功能。
在回路中加入电容和电感元件可以形成低通、高通、带通等滤波器。
通过调节电容和电感的数值,可以实现不同频率范围的滤波效果。
2.3 电压比较二级运放电路还可以用作电压比较器,常用于模拟与数字转换、电压比较和开关控制等应用中。
当输入信号超过某一门限电压时,输出信号发生变化。
2.4 补偿电路由于运放的内部结构原因,存在输入偏置电流和输入偏置电压等问题。
两级运放设计要点引言:两级运放是电子电路中常用的一种放大电路,它由两级放大器级联而成。
本文将介绍两级运放的设计要点,并探讨其在电子电路中的应用。
一、两级运放的基本原理两级运放由两个放大器级联组成,第一级放大器称为输入级,第二级放大器称为输出级。
输入级负责将输入信号放大并将其传递给输出级进行进一步放大,最终得到输出信号。
1. 输入级的设计要点输入级的设计要点包括:(1)选择合适的输入级放大器。
根据需求选择合适的放大器类型,如共射放大器、共基放大器或共集放大器等,以满足电路的输入阻抗和放大倍数要求。
(2)确定合适的偏置电路。
为了确保输入级的工作点稳定,需要设计合适的偏置电路来提供适当的偏置电压。
(3)考虑输入阻抗和带宽的平衡。
输入级应具有足够高的输入阻抗以避免对信号源的负载影响,同时还应考虑输入级的带宽,以确保信号能够在整个频率范围内得到放大。
2. 输出级的设计要点输出级的设计要点包括:(1)选择合适的输出级放大器。
根据输出要求选择合适的输出级放大器类型,如共射放大器、共基放大器或共集放大器等,以满足输出阻抗和输出功率要求。
(2)确定适当的负载电阻。
根据输出级放大器的特性和负载要求,选择适当的负载电阻,以确保输出信号能够得到正确的匹配和传递。
(3)考虑输出阻抗和带宽的平衡。
输出级应具有足够低的输出阻抗以减小对负载的影响,并且还应考虑输出级的带宽,以确保信号能够在整个频率范围内得到放大。
二、两级运放的应用两级运放在电子电路中有广泛的应用,下面将介绍一些常见的应用场景。
1. 音频放大两级运放可以用于音频放大电路中,将低电平的音频信号放大到足够大的电平以驱动扬声器或耳机。
通过合适的输入级和输出级设计,可以实现音频信号的放大,并保持音质的清晰度和准确性。
2. 信号传感器放大在传感器应用中,两级运放可以用于放大传感器输出的微弱信号,以便进行后续的信号处理和分析。
通过适当的输入级和输出级设计,可以提高传感器信号的灵敏度和稳定性,从而提高系统的性能。
两级运放比例电路摘要:1.两级运放比例电路的概念2.两级运放比例电路的组成部分3.两级运放比例电路的工作原理4.两级运放比例电路的应用领域5.两级运放比例电路的优缺点正文:两级运放比例电路,顾名思义,是一种使用两个运算放大器来实现信号放大的电路。
在电子工程领域,它被广泛应用于各种信号处理、放大和控制系统。
两级运放比例电路主要由三个部分组成:第一级运算放大器、第二级运算放大器以及外部反馈电阻。
其中,第一级运算放大器负责对输入信号进行放大,而第二级运算放大器则对第一级放大后的信号进行进一步放大。
外部反馈电阻则用于将输出信号反馈给第一级运算放大器,以实现电路的稳定工作。
两级运放比例电路的工作原理如下:首先,输入信号加在第一级运算放大器的非反相输入端,经过放大后输出一个放大后的信号。
这个信号再作为第二级运算放大器的输入,再次放大后输出一个更大的信号。
通过外部反馈电阻,将输出信号的一部分反馈给第一级运算放大器的反相输入端,从而实现电路的稳定工作。
在实际应用中,两级运放比例电路广泛应用于各种电子设备和系统中。
例如,在音频放大器中,它可以帮助我们将输入信号放大,以便驱动扬声器发出更大的声音。
在自动控制系统中,两级运放比例电路则可以用于对各种传感器信号进行放大和处理,从而实现对系统的精确控制。
尽管两级运放比例电路具有出色的信号放大性能,但它也存在一些不足之处。
例如,由于电路中使用了两个运算放大器,因此其成本相对较高。
此外,两级运放比例电路的性能受温度影响较大,需要在实际应用中注意进行温度补偿。
总之,两级运放比例电路作为一种重要的信号放大手段,在电子工程领域具有广泛的应用前景。
CMOS两级运放的设计1 设计指标在电源电压 0-5V,采用 0.5um 上华 CMOS 工艺。
完成以下指标:共模输入电压开环直流增益单位增益带宽相位裕度转换速率负载电容静态功耗电流共模抑制比PSRR固定在〔V DD V SS〕260dB30MHZ60deg ree30Vus3 pF1mA60dB60dB2 电路分析2.1 电路图2.2 电路原理分析两级运算放大器的电路结构如图 1.1 所示,偏置电路由理想电流源和 M8 组成。
M8 将电流源提供的电流转换为电压, M8 和 M5 组成电流镜, M5 将电压信号转换为电流信号。
输入级放大电路由 M1~ M5 组成。
M1 和 M2 组成 PMOS 差分输入对,差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰;M3、M4 电流镜为有源负载,将差模电流恢复为差模电压。
; M5 为第一级提供恒定偏置电流,流过 M1 ,2 的电流与流过 M3,4 的电流 Id1,2I d 3,4I d 5 / 2 。
输出级放大电路由 M6 、M7 组成。
M6 将差分电压信号转换为电流,而 M7 再将此电流信号转换为电压输出。
M6 为共源放大器, M7 为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。
相位补偿电路由 Cc 构成,构成密勒补偿。
3 性能指标分析3.1 直流分析由于第一级差分输入对管 M1和 M2相同,有第一级差分放大器的电压增益为:gm1Av1gds2gds4第二极共源放大器的电压增益为gm6Av2gds6gds7所以二级放大器的总的电压增益为A vgm1gm62g m2gm6A v1Av2gds4g ds6gds7I 5( 2 4)I 6( 6 7)gds23.2 频率特性分析设C1为第一级输出节点到地的总电容,有C1 C GD2 C DB 2 C GD 4 C DB4 C GS6 设C2表示第二级输出节点与地之间的总电容,有C 2 C DB6 C DB7 C GD7 C L一般,由于C L远大于晶体管电容,所以C2远大于C1 , 可以解出电路的传输函数为V 0 g m1 g m6 s C c R1R2V id as2 bs 1其中:C1C 2 C c C1 C 2 R1 R2ab C1R1 C 2R2 C c g m6 R1 R2 R1 R2可以得到右半平面零点为f zg m62C c 从而电路的主极点f d1g m 6R1 R2C c而次极点f nd gm 6 C L由于C2和C C远大于C1,而C1中最主要的局部为C GS6 , C2中那么以C L 为主,经过适当近似,可以得到单位增益带宽为GBW A0 fdg m1 2C c3.3 共模抑制比分析如果运放有差分输入和单端输出,小信号输出电压可以描述为差分和共模输入电压的方程V O A dm V id A cm V ic其中A dm是差模增益,有A dm A0,A cm是共模增益。
两级运放比例电路两级运放比例电路是一种常见的电子电路,广泛应用于各种电子设备和系统中。
它的核心部分是运算放大器,通过合理的电路设计,实现输入信号与输出信号的比例关系。
下面将从基本概念、组成元件、工作原理、应用场景、调试与优化等方面进行全面解析。
一、两级运放比例电路的基本概念两级运放比例电路,顾名思义,是由两个运算放大器级联组成的电路。
运算放大器(Op-Amp)是一种具有高增益、宽频带、低噪声、低失真等优良特性的模拟电路。
通过级联两个运算放大器,可以实现对输入信号的放大、滤波、模拟计算等功能,从而满足各种应用场景的需求。
二、两级运放比例电路的组成元件1.运算放大器:两级运放比例电路的核心元件,负责对输入信号进行放大和处理。
2.电阻:用于设定运算放大器的增益和反馈系数,进而控制输出信号的比例关系。
3.电容:用于滤波和耦合,消除电路中的高频干扰和噪声。
4.电感:用于抑制高频干扰和切断交流信号,保证电路的稳定性。
三、两级运放比例电路的工作原理两级运放比例电路的工作原理主要基于运算放大器的反馈原理。
当输入信号经过第一个运算放大器放大后,其输出信号作为第二个运算放大器的输入信号,通过调整电阻和电容的数值,实现对输出信号的比例控制。
根据运算放大器的闭环增益公式,可以计算出所需的电阻和电容值,从而实现所需的输出比例。
四、两级运放比例电路的应用场景1.放大和滤波:在音频、视频等领域,用于放大和滤波处理,提高信号质量。
2.模拟计算:在自动控制、仪器仪表等领域,用于实现复杂的模拟计算功能。
3.传感器信号处理:在各种传感器系统中,用于处理传感器输出的微小信号,提高测量精度。
4.无线通信:在无线通信系统中,用于放大和滤波处理,提高信号传输质量。
五、两级运放比例电路的调试与优化1.调试:在搭建两级运放比例电路后,通过示波器等测试仪器,检查电路的放大倍数、带宽、噪声等性能指标,确保电路正常工作。
2.优化:根据实际应用需求,调整电阻、电容等元件的数值,以实现更高的增益、更宽的带宽和更好的噪声性能。
CMOS二级运算放大器设计编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(CMOS二级运算放大器设计)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为CMOS二级运算放大器设计的全部内容。
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1。
1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1.1 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。
三.电路设计第一级的电压增益:(3.1) 第二级电压增益:(3.2) 所以直流开环电压增益:(3.3) 单位增益带宽:(3。
福州大学物信学院
《模拟集成电路设计》
课内实验报告
实验题目:二级运放的设计
组别:第 2 组
姓名:
学号:
同组姓名:
系别:物理与信息工程学院
专业:微电子科学与工程
年级:2013
指导老师:
实验时间:2015年12月18日
一、实验目的
1.学习运放中管子尺寸的设计
2.学习运放组成的线性反馈系统的稳定性和频率补偿
3.学会稳定性判据和相位裕度的概念
二、实验器材
实验软件:Hspice
实验工艺: 2.5V 0.25um MOS工艺模型
三、实验内容
1.设计一个运放,使其直流增益≥60dB,单位增益负反馈相位裕度≥450(输出端接1PF 电容负载),电路图结构如图一所示
2.设计好符合要求的运放后,把图一画在实验报告上,并标明W,L,M(管子个数)、Iref、Cc 的值
3.把VdB(V out)和VP(V out)的曲线画在实验报告上,并求出所设计运放的实际单位增益负反馈的相位裕度。
注:1. 在网表中,可把Cc 放在结点A 与V out 之间。
若需补偿右半平面零点时,可加电阻R 与Cc 串联。
2.网表中Vdd,C0,L0,CL 不能改变值外,其余尺寸都需自己设计
3.设计的值Iref≤10uA,Cc≤5PF。
4. M1 和M2 的个数M 为偶数
5. M3 和M4 的个数M 为偶数
四、实验仿真波形及原理分析
1、设计思路:
(1)首先分配好各个支路的电流,和各个管子的过驱动电压,求得各个管子尺寸,先将增益做到60dB 。
(2) 考虑到过驱动电压对输出摆幅的影响,假定各个管子的过驱动电压都约为
150mv ,并且共源级的本征增益D
D D I I I wL cox u cox u r g n 1L w n o m ≈=λ,因此电流不宜太大,否则增益将下降,设REF I =5uA ,即流过M8、M7、M6、M5的电流都为5uA ,而设计要求M1、M2、M3、M4的个数均为偶数,于是就假定这四个管子都分别并联2个,可得流过每个管子的电流为1.25uA 。
(3)根据(2)的分析结果,通过计算求得相应尺寸。
但是发现M1~M4管子宽长比过小,甚至小于1。
因此M7并联上2个,使M1~M4,M7电流翻倍。
此时再次计算,并将M1~M4的L 均设为0.5um ,以使W · L 最大,提高增益。
(4)至此进行仿真,发现增益达到61.9dB ,满足增益要求
(5)测量相位裕度,发现不满足要求,并进行密勒补偿,使用spice 扫描语句找出最佳的补偿电容和电阻。
最终得到下图的尺寸和补偿电容与电阻。
2、分析lis文件:
从图中可发现各个管子的过驱动电压均在150mv左右,并且管子都处于饱和区,并且M5的直流工作点VDS=1.2v,上下可摆动的电压总幅度有2.4v左右,并且由于给各个支路的电流分配电流相对较小,因此功耗也较小,约为5uw。
3、相位裕度分析:
使用hsipce的.measures语句对相位裕度进行测量,选定在补偿电容为4pf时扫描出最适合的补偿电阻,以消除密勒补偿带来的零点,分析如下:
从图中找到增益交点为0dB时对应的相位为-120.1298度,因此选定补偿电容和电阻为4pf和13k欧。
4、图形分析:
图一相频特性随电阻的变化而变化图
图二幅频特性随电容的变化图
图三最佳补偿电容和电阻图
图一是相频特性随电阻的变化图,我们知道密勒补偿引入零点,因此添加一个阻值进行抵消,
图中不同的曲线代表不同电阻,当零点渐渐被抵消后相位下降就会比较缓慢。
图二是幅频特性随电容的改变而改变,在两级之间接入电容,并且随着主、电容的增加,使主级点靠近原点,使相位裕度更加符合,这是密勒补偿使电路极点分裂的特性。
从图中还可发现主级点就在第一级的输出结点处。
如图三所示,电路在低频时,电压增益大于60dB ,增益交点如图光标所示,选定最佳补偿电容和电阻4pf 和13k 欧姆,对应的相位裕度PM ︒=︒︒≈60120-180。
五、 实验总结
1、在设计完电路尺寸后应先估计电路的极点分布,再考虑进行密勒补偿是否合理,否则会使相位裕度偏离我们的标准。
要想使用密勒补偿就需要使第一级的结点处向地看去的电阻和电容乘积要比输出结点处大。
2、使用密勒补偿会出现极点分裂,使系统更稳定,带宽也越高。
3、通过理论计算,当m5
g 1z ≈R =12.2k Ω时零点会被消除,即移动到无穷远处,正好和实验仿真的13k Ω差不多一致。