一种极低功耗运算放大器的设计与仿真

文章编号:1673 0291(2011)02 0072 04

一种极低功耗运算放大器的设计与仿真

骆 丽,蔡晓伟,宫 琦

(北京交通大学电子信息工程学院,北京100044)

摘 要:为了满足低电压低功耗的应用需求,本文利用MOSFET 在亚阈区的超低功耗特性,实现了一种带共模反馈的亚阈运算放大器.该亚阈运算放大器结构简单,采用TSMC 0 18 m 工艺实现,且工作于1 2V 电源电压下.通过Synopsys Hspice 仿真,结果表明,该电路在输出负载为0 5

pF 时直流增益为70 97dB 、单位增益带宽6 346MHz 、相位裕度85 76 、正负压摆率分别为3 58V/ s 和-3 58V/ s,功耗仅为4 80 W.

关键词:极低功耗;亚阈;运算放大器;直流增益;单位增益带宽;相位裕度;压摆率中图分类号:TN495 文献标志码:A

Design and simulation of an ultra low power operation amplifier

L UO Li ,CAI X iaow ei ,G ON G Qi

(Schoo l of Electronics and I nformation Engineer ing ,Beijing Jiaotong U niversity,Beijing 100044,China)

Abstract:T o meet the requirements of low voltage and low power,a sub threshold operation amplifier (op amp)w ith common mode feedback is designed,using the ultra low power feature of MOSFET w hich w orks in sub threshold region.T he sub threshold op amp is implemented under TSMC 0 18 m process w ith a single 1.2V supply and simulated by Sy nopsys Hspice.The simulation results show that the sub threshold op amp w hth a 0.5pF output load has a DC g ain of 70 97dB,a unity gain bandw idth of 6 346MHz,a phase m argin of 85 76 ,positive and negative slew rate of 3 58V/ s and -3 58V/ s respectively,and its power consumption is only 4 80 W.

Key w ords:ultra low pow er;sub threshold;operation amplifier;DC gain;unity g ain bandwidth;phase margin;slew rate

收稿日期:2010 08 30

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60976024)

作者简介:骆丽(1966 ),女,四川资阳人,教授,博士.主要研究方向为低功耗集成电路设计.email:lluo@https://www.sodocs.net/doc/ab6916744.html,.

近几年来,随着便携式设备(如M P3播放器、手机、数码相机和笔记本电脑等)的广泛普及,在电池容量增加较为困难的背景下,为了提高设备的续航能力,就需要降低电路的功耗,其中最主要就是降低电路中芯片的功耗[1].对于模拟电路来说,运算放大器是最重要的基本单元,模拟电路低功耗的实现很大程度上取决于运算放大器的功耗.运算放大器低功耗设计的方法有很多,大多集中在对电路结构和参数上的改进[2 3],但这样通常会增加电路的复杂度,并且对功耗的降低也并非特别明显.

从文献[4]可知,当M OSFET 工作在亚阈区

时,其漏极电流仅为nA 级,因此本文作者采用将MOSFET 偏置在亚阈区的方法,设计了一个带共模反馈的亚阈运算放大器.电路中除共模反馈模块外,所有晶体管均工作在亚阈区,通过Synopsys Hspice 仿真结果表明,其功耗仅为4 80 W.

1 MOSFET 亚阈区小信号模型

MOSFET 的亚阈区是指当晶体管的栅 源电压V GS 低于阈值电压V t ,但又足够大以使得在硅表面产生一个耗尽层时的工作区域.当给工作在亚阈区的M OSFET 漏 源两端加上电压偏置后,少子就会

第35卷第2期

2011年4月

北 京 交 通 大 学 学 报

JOU RN AL O F BEIJIN G JIAOT O NG U N IV ERSI T Y

V ol.35N o.2Apr.2011

发生扩散运动,产生漏极电流,也就是亚阈值电流,其数学表达式为[4]

I DS =I S0e

V GS -V t nV T

1-

e

-V DS V T

(1)

式中:V T =kT /q 为热电压当量;n =1+C d /C ox 为亚阈值斜率因子(Sub T hreshold Slope Factor);C d 为耗尽层电容;V DS 为漏 源电压;I S0为V GS =V t 时的亚阈值电流,其表达式为

I S0= n C ox

W L

(n -1)V 2T (2)

由式(1)可知,当V DS >4kT /q (在温度T 为300K 时4kT /q 约为100mV)时,漏极电流将饱和,这一点与MOSFET 工作在强反型区不同.其实亚阈区的漏极电流并不是只有亚阈值电流,还有其他类型的漏电流,如栅极泄漏电流、栅极感应漏极泄漏电流GIDL 和反偏二极管泄漏电流等形式的漏电流,但是这些电流都比亚阈值电流要小得多,因此在亚阈区时可以忽略[5].关于MOSFET 亚阈区的小信号模型,文献[5]提出了一种适用于低电压和低电流设计的EKV 亚阈等效电路,但是这种电路与文献[6]中的经典强反型区等效电路有较大的区别.为了方便电路的亚阈区设计,减少手算的繁琐度,本文参照亚阈值电流式(1)和式(2),对强反型区等效电路中的参数[6

]进行修正,提出了MOSFET 亚阈区小信号等效电路如图1所示.

图1 MOSFET 亚阈区等效电路

Fig.1 M OSFET sub threshold reg ion equivalent circuit

图中,G 、D 、S 分别为M OSFET 的栅极、漏极和

源极,g m s 为M OSFET 处于亚阈区的饱和状态时的跨导,r os 为MOSFET 处于亚阈区的漏 源等效电阻,经过推导可得g ms =I S0e

V GS -V t nV

T

1-

e -V

DS V T

1nV T =I DS nV T

(3)r os =V T I S0

e -V GS +V t +n V DS

n V T

(4)与工作在强反型区等效电路中的跨导g m 和输出电阻r o 一样,g ms 和r os 影响着亚阈电路的许多特性,如放大器的电压增益、频域特性等[5 6].

2 亚阈运算放大器

运算放大器结构的种类有很多,如套筒式共源共

栅、折叠式共源共栅、两级运放和增益提高运放等结构[6].本文所设计的亚阈运算放大器采用的电源电压为1 2V,属于低电压设计,虽然套筒式共源共栅结构的增益较大,但是由于自身结构的限制,其输出电压的摆幅很小.由于亚阈电路的工作电流仅为nA 级,因此电路中各节点的输出电阻非常大,这将严重影响整个电路的带宽,如果再采用多级运放结构或者是增益提高技术来提高运放的增益,这将使得整个运放的带宽变得非常窄.为了在增益与带宽之间做出折衷,本文所设计的亚阈运算放大器的结构采用的是单级的折叠共源共栅结构.由于运放的输出为差分输出,因此电路中还引入了共模反馈电路CMFB(Common Mode Feedback)来稳定运放输出的共模电平,亚阈运算放大器的整体电路如图2和图3[7]所示.

图2 折叠共源共栅亚阈运算放大器

F ig.2 Folded cascode sub thresho ld operation amplifier

图3 开关电容共模反馈电路

Fig.3 Sw itched capacito r common mo de feedback cir cuit

如图2所示的折叠共源共栅亚阈运算放大器为单级结构,采用PMOS 作为输入差分对,以实现高增益与低噪声,而折叠点处的共栅结构采用NMOS,相

比于PMOS 管具有更小的尺寸,对应的极点位置也更高,相位裕度也就更好.差分输入V i nn 和V inp 从PMOS 差分输入对M1、M2输入后,经共栅对M8、M9后输出.其中,M3、M10和M11为电流镜偏置,为整个亚阈运放提供偏置电流;M4、M5、M6和M7组成共源共栅结构的有源负载,用以提高亚阈运放的增益;

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第2期 骆 丽等:一种极低功耗运算放大器的设计与仿真

V B 1、V B2和V B3为偏置电压输入端,由基准电压偏置电路提供;而V CMFB 为如图3所示的共模反馈电路提供,用来控制M10、M11的栅极电压,以调节亚阈运放输出V outn 和V outp 的共模电平.

整个亚阈运算放大器的开环增益为

A v =G m R out

(5)

式中:G m 为亚阈运放的总跨导;R out 为亚阈运放的总输出电阻.假设电路的负载为空载,而从M6或M 7看进去的电阻为R out1,从M 8或M 9看进去的电阻为R out2,则

R out =R out 1//R out2

(6)由于

R out1=r os6,7(1+g ms6,7r os4,5)(7)R out2=r os8,9(1+g m s8,9r os10,11)

(8)

其中g ms 和r os 表达式见式(3)、式(4).将式(7)和式

(8)代入式(6)可得整个亚阈运放的输出电阻为

R out =r os6,7(1+g ms6,7 r os4,5)//

r os8,9(1+g ms8,9 r os10,11)

(9)而整个亚阈运放跨导即为输入差分对管跨导,即

G m =g ms1,2

(10)

所以亚阈运放的开环增益为

A v =g m s1,2 [r os6,7(1+g ms6,7 r os4,5)//

r os8,9(1+g m s8,9 r os10,11)]

(11)

由于运放的输出端接有开关电容共模反馈电路,该节点的等效电容与电阻都比电路中其他节点的等效电容电阻要大,因此整个亚阈运放的主极点为

f p =1/2 R out C L

(12)

其中C L 为运放的负载电容.在M 4/M 5与M6/M 7的节点处、M8/M10与M 9/M 11的节点处也都存在着寄生极点,这些寄生极点的频率远大于主极点,对亚阈运放带宽的影响较小.

由于全差分运放的输出共模电平不能由输入的共模电平通过反馈来固定,因此需要设计单独的输出共模反馈电路CMFB.本文采用的是如图3所示的开关电容共模检测反馈电路,该电路需要额外的非交叠时钟CLK1和CLK2,具有良好的线性度和平衡性,且不消耗静态功耗,因此适合于超低功耗应用.如图3所示,V out n 和V outp 为亚阈运放的差分输出,V CMFB 为电路的反馈控制电压输出,V CM 为参考共模电平,V B4为偏置电压输入,由偏置电路提供,CLK1和CLK2由非交叠时钟产生电路产生[8].下面就其工作原理进行分析:

1)当CLK1为低电平、CLK2为高电平时,M 11、M12和M 13截止,M 14、M 15和M 16导通,电

容C1、C2两端的电压恒定不变,而C3、C4两端电压

调整为(V CM -V B4)

2)当CLK1为高电平、CLK2为低电平时,M 11、M 12和M13导通,M14、M15和M16截止,电

容C1、C2、C3、C4上的电荷将重新分配,根据电荷守恒,可以计算出V CMFB 的电压为

V CMFB =

V outp -V out n

2

-V CM +V B4(13)

在理想情况下,当经过无数个时钟周期后,输出端的

共模电平将稳定在V CM ,即

(V out p -V outn )/2=V CM

(14)

使得V CM FB 也稳定在V B4.

由于开关电容共模检测反馈电路的引入,使得亚阈运放的负载电容C L 增大,这将改善运放的相位裕度,但同时也会使运放的带宽变窄.

3 仿真结果

在电源电压为1 2V 下,采用TSMC 0 18 m 工艺对所设计的亚阈运算放大器进行仿真.当输入V i np 为0 6V,对V inn 从0 59~0 61V 进行直流扫描,可得亚阈运放的直流传输特性曲线如图4所示.

图4 直流传输特性曲线Fig.4 DC.transfer character istic curve

从仿真结果可得出差分输出端所对应的输入失

调电压分别为:V OSn =1 88 V 、V OSp =-1 84 V.当亚阈运放的负载为0 5pF 时,运放的频域特性如图5所示,运放的中频增益为70 97dB,单位增益带宽为6 346MHz,相位裕度为85 76 .在亚阈运放的差分输入端分别输入相位相反、幅度为0~1 2V 的阶跃信号,并对其进行瞬态仿真,在差分输出端得到的响应如图6所示,由此计算可得运放的正压摆率SR +和负压摆率SR -分别为SR +=3 58V/ s,SR -=-3 58V/ s

除共模反馈电路外,亚阈运算放大器的所有MOSFET 都工作在亚阈区,静态工作电流为nA 级,工作速度慢,故相对工作在强反型区的运算放大器来说,亚阈运放的压摆率很低.本文同时还对负载为1pF 的情况进行了仿真,其结果与负载为0 5pF 的结果对比见表1.当亚阈运放的负载电容增大时,单位

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北 京 交 通 大 学 学 报 第35卷

图5 亚阈运放的频域响应

Fig.5 F requency response of sub threshold

operation

amplifier

图6 亚阈运放的瞬态响应Fig.6 T ransient response of sub thr eshold

operation amplifier

增益带宽和压摆率都变差,而相位裕度则是改善了.

表1 亚阈运算放大器仿真结果

T ab.1 Simulation r esults of sub threshold operation amplifier

负 载0 5pF 1pF 中频增益/dB 70 9770 97单位增益带宽/M Hz 6 3463 317相位裕度/( )85 7687 84压摆率/(V/ s)

-3 58~3 58

-1 89~1 88

当共模反馈电路的控制时钟CLK1和CLK2的频率为50MH z 时,反馈电压V CM FB 的输出瞬态波

形如图7所示.可以看出,V CMFB 在1 s 内达到平衡,并根据输出共模电平偏离V CM 的程度上下波动,其中平衡电压为V B4的电压值0 41

V.

图7 V C MFB 的瞬态响应F ig.7 T ransient r esponse of V CMFB

4 结束语

本文作者利用了MOSFET 在亚阈工作区功耗

低的特性,实现了一个带共模反馈,并且功耗仅为4 80 W 的运算放大器电路功耗比其在强度型区要小很多(一般为mW 级)[9]

.通过仿真结果表明,所设计的运算放大器适合应用于低电压、低功耗的电路.

参考文献(References):

[1]Zhang Chuang.T echniques for low po wer analog,digital

and mix ed signal CM OS integrated cir cuit design [D ].Louisiana State U niversity,Baton Roug e,U SA ,2005.[2]Chen C,Sarrafzadeh M.Simultaneous voltag e scaling and

g ate sizing for low pow er design[J].I EEE T ransactio ns on Circuits and Systems,II :Analog and Dig ital Signal Pro cessing ,2002,49(60):400-408.

[3]K im C H,Roy K.Dynamic VT H scaling scheme for act ive

leakag e pow er reduct ion[C] Proceedings of Design,A u tomat ion and T est in Eur ope Conference Ex hibit ,2002:163-167.

[4]

L iu Weidong,

Jin Xiaodong,

Xi Xuemei,

ed al.

BSIM 3v3 2M OSF ET model user s M anual[S].1999.[5]W ang A lice,Bento n Hig hsmit h Calhoun,Anantha P.

Chandrakasan.sub thresho ld design for ultra lo w pow er systems[M ].N ew Yor k:Spring Science &Business M e dia,LL C,2006.

[6]拉扎维.模拟CM OS 集成电路设计[M ].陈贵灿,译.西

安:西安交通大学出版社,2003.

Behzad Razavi.Design of analog CM OS integrated circuits [M ].CH EN G ueican,T ran.Xi an:Xi an Jiaotong U ni versity Press,2003.(in Chinese)

[7]孙艳,吴建辉,陆生礼,等.一种动态开关电容运算放大

器共模负反馈电路[J].电路与系统学报,2004,9(1):55-58

SU N Yan,W U Jianhui,L U Shengli,et al.A sw itched ca pacitor operational amplifier common mode feedback circuit [J].Journal o f Circuits and Systems,2004,9(1):55-58.(in Chinese)

[8]Baker R Jacob,L i Harr y W ,Boyce David E,ed al.CM OS

circuit desig n,layout and simulation[M ].Beijing :China M achine Press,2006

[9]程春来,柴长春,唐重林.一种低压低功耗CM OS 折叠-共源共栅运算放大器的设计[J].现代电子技术,2007,(24):191-193.

CH EN G Chunlai,CHA I Chang chun,T A NG Chonglin.Desig n of a low voltage and low power CM OS folded cas code operational amplifier [J].M odern Electronic T ech nique,2007,(24):191-193

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第2期 骆 丽等:一种极低功耗运算放大器的设计与仿真

低频功率放大器电路设计

参加全国大学生电子设计大赛的同学们加 油了！ 低频功率放大器设计与总结报告 作者：王汉光 一、任务 设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功放管采用分立的大功率MOS 晶体管。 二、要求 1．基本要求 （1）当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率≥5W，输出波形无明显失真。 （2）通频带为20Hz～20kHz。 （3）输入电阻为600Ω。 （4）输出噪声电压有效值V0N≤5mV。 （5）尽可能提高功率放大器的整机效率。 （6）具有测量并显示低频功率放大器输出功率(正弦信号输入时)、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度优于5%。

2. 发挥部分 （1）低频功率放大器通频带扩展为10Hz～50kHz。 （2）在通频带内低频功率放大器失真度小于1%。 （3）在满足输出功率≥5W、通频带为20Hz～20kHz的前提下,尽可能降低输入信号幅度。 （4）设计一个带阻滤波器，阻带频率范围为40～60Hz。在50Hz频率点输出功率衰减≥6dB。 （5）其他。 摘要： 本系统采用了NE5534p作为前级的电压放大电路来给低通功率放大电路提供输入电压，通过低通功率放大电路将功率放大，由双踪示波器对整个系统的输入输出端进行监测，调节可变电阻，使输出波形无明显失真，从而使输出功率达到指定的输出功率要求。输入的频率范围为20Hz~20kHz。 一．概述： 本系统通过信号发生器输入电压为5mV，频率在20Hz~20kHz范围内的信号，对信号进行功率放大，低通功率放大器模块由+/-15V的直流电源提供，通过前级放大电路将输入电压放大，再由低通功率放大电路进行功率放大。在此期间，用示波器监测低通功率放大模块的输入输出端，观察波形是否失真，以及测量最大最小不失真频率。 二．系统工作原理及分析： 此系统由三部分组成，分别为电源模块、前级放大模块、低频功率放大模块。 如图所示：

基于Spectre运算放大器的设计

《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

高频功率放大器的设计及仿真

东北大学秦皇岛分校电子信息系 综合课程设计 高频功率放大器的设计及仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081112 学生姓名姜昊昃 指导教师邱新芸 设计时间2011.06.20~2011.07.01

课程设计任务书 专业：电子信息工程学号：5081112学生姓名（签名）： 设计题目：高频功率放大器的设计及仿真 一、设计实验条件 Multisim软件 二、设计任务及要求 1.设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po≥125mW，工作 中心频率fo=6MHz，η>65%； 2.已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用2N2219，其主要参 数：Pcm=1W,Icm=750mA,V CES=1.5V, f T=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：4 天 编写课程设计报告：3 天 答辩：1 天

1.设计题目与设计任务（设计任务书） 1.1 设计题目 高频功率放大器的设计及仿真 1.2 设计任务 要求设计一个技术指标为输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz η>65%的高频功率放大器。 2. 前言（绪论） 我们通过“模电”课程知道，当输入信号为正弦波时放大器可以按照电流的导通角的不同，将其分为甲类、乙类、甲乙、丙类等工作状态。甲类放大器电流的导通角为360度，适用于小信号低功率放大；乙类放大器电流的导通角约等于180度；甲乙类放大器电流的导通角介于180度与360度之间；丙类放大器电流的导通角则小于180度。乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是上述几种工作状态中最高的。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定此高频电路由两个模块组成：第一模块是两级甲类放大器；第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，它作为功放输出级，最好能工作在临界状态。此时，输出交流功率达到最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。 3. 系统原理 3.1 高频功率放大器知识简介 在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，

大功率功率放大器电路的设计

大功率功率放大器电路设计 大功率功率放大器电路设计 一. 设计理念及实现方式 (1)能推4Ω、2Ω等双低音的“大食”音箱以及专业类大粗音圈的各类专业箱。 (2)要省电、噪声小，发热量小。 (3)音质要好，能适合家居使用和专业使用。 第一点的实现就是要有大的推动功率。由于目前居室客厅面积有不断扩大的趋势，100W ×2以下功放已显得有些“力不从心”，所以本功放设计为4ΩQ 时360W ×2，2Ω时720W ×2。 第二点的实现就是电路工作在静态时的乙类小电流，靠大水塘级电容和电阻进行滤波降噪，使功放级噪声极小。而电路的工作状态又决定了电路元件的发热量很小，与一般乙类电路相当。配备的大型散热系统是为了应付连续大功率、低阻抗输出时的安全、可靠。 第三点的实现是本功放板的主要目标。目前公认的是：甲类、MOS、电子管音质好，所以本功放要达到甲类、MOS、电子管的音质。 二.大功率输出的实现 要实现大功率，首先是电源容量要大。本功放配置的电源是在截面积为35mm ×60mm的环形铁心上绕制的环牛。一次侧为1.0mm线绕484圈，二次侧为1.5mm双线并绕100圈。 整流为两只40A全桥做双桥整流，滤波为4只47000 uF电容 2只2.7kΩ电阻并接在正负电源上，使电压稳定在±62V。如电压过高可减小电阻到2.2kΩ，过低可加大电阻到3kΩ，功率用3W以上的。 除电源外，要实现大功率输出，特别是驱动“大食”音箱，要求功放输出电流能力要强，本功放每声道选用6对2SD1037管做准互补输出，可驱动直流电阻低达0.5Ω的“大食”音箱。所以4Ω时360W×2、2Ω时720W×2是有保障的。 三. 甲类、MOS、电子管音质的实现 目前人们公认的甲类、MOS、电子管的音质最好，所以本功放电路设计动态时工作于甲类的最佳状态，偏流随信号大小而同步增减，所以音质是有技术保障的。而在此工作状态下，即使更换几只一般的MOS管，对音质的提高也不明显。下面给出其原理图，如图1所示。从图1上可见到本原理图相当简洁，比一般乙类或甲乙类准互补电路还节省元件。而通过在电路板上改变一只电阻的接法就可方便地在本电路与准互补乙类或甲乙类之间变换。 四.绿色环保概念的实现 对本功放来说，实现低耗电、低噪声污染、低热辐射污染是通过以下措施实现的： (1)本功放空载时只有小电流级工作，而功率管基极电压只有0.45V，基本上是截止的，所以比一般乙类耗电少，属节电型功放。

低噪声前置放大器电路的设计方法

低噪声前置放大器电路的设计方法 收藏此信息打印该信息添加：不详来源：未知 前置放大器在音频系统中的作用至关重要。本文首先讲解了在为家庭音响系统或PD A设计前置放大器时，工程师应如何恰当选取元件。随后，详尽分析了噪声的来源，为设计低噪声前置放大器提供了指导方针。最后，以PDA麦克风的前置放大器为例，列举了设计步骤及相关注意事项。 前置放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与高级音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。前置放大器是专为接收来自信源的微弱电压信号而设计的，已接收的信号先以较小的增益放大，有时甚至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或修正，如音频前置放大器可先将信号加以均衡及进行音调控制。无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器，都要面对一个十分头疼的问题，即究竟应该采用哪些元件才恰当？ 元件选择原则 由于运算放大器集成电路体积小巧、性能卓越，因此目前许多前置放大器都采用这类运算放大器芯片。我们为音响系统设计前置放大器电路时，必须清楚知道如何为运算放大器选定适当的技术规格。在设计过程中，系统设计工程师经常会面临以下问题。 是否有必要采用高精度的运算放大器？ 输入信号电平振幅可能会超过运算放大器的错误容限，这并非运算放大器所能接受。若输入信号或共模电压太微弱，设计师应该采用补偿电压(Vos)极低而共模抑制比(CMRR)极高的高精度运算放大器。是否采用高精度运算放大器取决于系统设计需要达到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用较高准确度的运算放大器。 运算放大器需要什么样的供电电压？

这个问题要看输入信号的动态电压范围、系统整体供电电压大小以及输出要求才可决定，但不同电源的不同电源抑制比(PSRR)会影响运算放大器的准确性，其中以采用电池供电的系统所受影响最大。此外，功耗大小也与内部电路的静态电流及供电电压有直接的关系。 输出电压是否需要满摆幅？ 低供电电压设计通常都需要满摆幅的输出，以便充分利用整个动态电压范围，以扩大输出信号摆幅。至于满摆幅输入的问题，运算放大器电路的配置会有自己的解决办法。由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置，因此输入无需满摆幅，原因是共模电压(Vcm)永远小于输出范围或等于零(只有极少例外，例如设有浮动接地的单供电电压运算放大器)。增益带宽的问题是否更令人忧虑？ 是的，尤其是对于音频前置放大器来说，这是一个非常令人忧虑的问题。由于人类听觉只能察觉大约由20Hz至20kHz频率范围的声音，因此部分工程师设计音频系统时会忽略或轻视这个“范围较窄”的带宽。事实上，体现音频器件性能的重要技术参数如低总谐波失真(TH D)、快速转换率(slew rate)以及低噪声等都是高增益带宽放大器所必须具备的条件。 图1，建议选用的放大器 深入了解噪声 在设计低噪声前置放大器之前，工程师必须仔细审视源自放大器的噪声，一般来说，运算放大器的噪声主要来自四个方面： 热噪声(Johnson)：由于电导体内电流的电子能量不规则波动产生的具有宽带特性的热噪声，其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及绝对温度有直接的关系。对于电阻及晶体

运算放大器的电路仿真设计

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。

仪用放大器的应用电路设计

课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ指导老师：成绩：__________________ 实验名称：仪用放大器的应用电路设计类型：___________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.学习并了解仪用放大器与运算放大器的性能区别。 2.掌握仪用放大器的电路结构及设计方法。 3.掌握仪用放大器的测试方法。 4.学习仪用放大器在电子设计中的应用。 二、实验内容和原理 1. 仪用放大器 仪用放大器是一种精密差动电压放大电路。 在实际的生产生活中，实际的信号获取单元经常需要面对强噪声背景下的微弱信号，这些强噪声将以共模的形式进入测量单元。虽然运放具有共模抑制比，但信号电压和共模电压一起被传送到输出端，将降低放大器的有效输出范围。 2.基本差动放大器与带输入缓冲的差动放大器 基本差动放大器：带输入缓冲的差动放大器： 3.标准的三运放构成的仪用放大器 造成差动放大器误差的两个主要因素为：运算放大器的参数和电阻器匹配的精确度。 若在输入运算放大器周围增加匹配电阻，把增益设臵放在前端实现，就构成了仪用放大器。 仪用放大器的传输函数为：

运放A1、A2 为同相差分输入方式。同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，来提高共模抑制比。 4.单片仪用放大器 5.双孔梁应变式传感器 力传感器单元是这个实验的传感器，为信号输入部分。它内部含有由4个全桥电路。

二级运算放大电路版图设计

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.

心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期 设计报告 学院：电子信息学院 学号： 15041523 班级： 15040211 姓名：卢虎林 日期： 2017年3月11日

一、实验目的 通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。 二、实验原理 设计一个心电图信号放大器。已知: (1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。 (2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。 1、确定总体设计目标 由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下： 差模电压增益：1000(5V/5mV)； 差模输入阻抗： >10MΩ； 共模抑制比：80dB； 通频带：0.05Hz～250Hz。 2、方案设计 根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由

于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计 根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。 为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容 C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。

运算放大电路实验报告

实验报告 课程名称：电子电路设计与仿真 实验名称：集成运算放大器的运用 班级：计算机18-4班 姓名：祁金文 学号：5011214406

实验目的 1.通过实验，进一步理解集成运算放大器线性应用电路的特点。 2.掌握集成运算放大器基本线性应用电路的设计方法。 3.了解限幅放大器的转移特性以及转移特性曲线的绘制方法。 集成运算放大器放大电路概述 集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导 体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、 二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路 制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各 种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上， 故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟 信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情 况下，已经取代了分立元件放大电路。 反相比例放大电路 输入输出关系: i o V R R V 12-=i R o V R R V R R V 1 212)1(-+=

输入电阻:Ri=R1 反相比例运算电路 反相加法运算电路 反相比例放大电路仿真电路图

压输入输出波形图 同相比例放大电路 输入输出关系: i o V R R V )1(12+=R o V R R V R R V 1 2i 12)1(-+=

输入电阻:Ri=∞ 输出电阻:Ro=0 同相比例放大电路仿真电路图 电压输入输出波形图

差动放大电路电路图 差动放大电路仿真电路图 五：实验步骤： 1.反相比例运算电路 （1）设计一个反相放大器，Au=-5V，Rf=10KΩ，供电电压为±12V。

实用功放电路设计

题目五：实用低频功率放大器 一、设计任务与要求: (一)、任务： 设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。 其原理示意图如下： (二)、要求： 1．在放大通道在正弦信号输入电压幅度为(5-700)mV，等效负值载电阻R1。：812下，放大通道应满足： a、额定输出功率P oK≥10W； b、带宽BW≥(50-1000)HZ； c、在P oK下和BW内的非线性失真系数≤3％； d、在P oK下的效率≥55％； e、在前置放大级输人端交流短路接地时，R L=8Ω上的交流声功率≤10mV。 2。自行设计并制作满足设计要求的稳压电源。 (三)、发挥部分(选作部分)： 1. 测放大器的时间响应： a、方波发生器：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波。频率为1000HZ；上升和下降时间1≤uS；峰一峰值电压为200mV b、用上述方波激励放大通道时，在R8下，放大通道应满足 (1)、额定验出功率P ok≥10W； (2)、P oK下，输出波形上升或下降时间12≤uS； (3)、在P oK下，输出波形顶部斜降≤2％ (4)、在P oK下，输出波形过冲电压≤5％ (四)、设计电路、画布线图、编写调试步骤以及调试方法：根据任务要求，设计该低频功率 放大电路及电源电路，要求有电路、有参数及设计过程，画出布线图，并在面包板上插接、调试。 (五) 答辨： 答辨前必须完成下列资料 1．设计说明书：方案选择、设计过程、原理图、布线图及说明； 2．总结调试方法、测试技术指标： 整理原始记录数据 故障处理、(出现何现象、原因及解决办法)。 (六)、参考元器件型号： STK465 集成功率放大电路 uA741 0P-27／0P-37 电阻、电容、电位器、稳压块等。

高输入阻抗放大电路的设计仿真与实现

课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电信1101班 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 高输入阻抗放大电路的设计仿真与实现 初始条件： 可选元件：运算放大器，三极管，电阻、电位器、电容、二极管若干，直流电源Vcc= +12V，V EE= -12V，或自选元器件。 可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，毫伏表等。 要求完成的主要任务: （1）设计任务 根据要求，完成对高输入阻抗放大电路的设计、装配与调试，鼓励自制稳压电源。（2）设计要求 ①电压增益>=100，输入信号频率<100HZ,共模抑制比≥60dB； ② 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计； ③ 利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电 路工作原理并仿真实现系统功能； ④ 安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书； ⑤ 选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。 时间安排： 1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。 2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (3) 1.电路方案选择 (4) 2.高输入阻抗放大电路设计 (5) 2.1差分放大电路 (5) 2.1.1零点漂移 (5) 2.1.2差模信号与共模信号 (5) 2.1.3.共模抑制比 (6) 2.1.4差分放大电路的分析 (6) 2.2镜像恒流源 (7) 2.2.1镜像电流源电路特点 (8) 2.2.2镜像电流源电路分析 (8) 2.3同向比例放大电路 (8) 2.4电压串联负反馈 (9) 2.5电路原理设计图 (10) 3．直流稳压电源的设计 (10) 3.1理论分析 (10) 3.2原理图 (11) 3.3直流稳压电源仿真结果 (11) 4高输入阻抗放大电路仿真 (12) 5实物安装和调试 (17) 5.1布局焊接 (17) 5.2调试方法 (17) 5.3测试结果分析 (17) 5.4实物展示 (18) 6. PCB制作 (19) 7．个人总结 (23) 参考文献 (24)

测量放大电路的设计

测量放大电路的设计 作者： 【摘要】：测量放大器能够将微弱的电信号进行放大，在生活中应用也十分广泛，如在自动控制领域，往往需要用电压信号进行控制，也就必然离不开电压测量放大器，由于测量放大器应用十分广泛，因而现在已经有集成的测量放大器供使用了。本次设计就是围绕测量放大器展开的，测量放大器主要是通过运用集成运放将所测量的信号进行不失真的放大，并且不对所测量的电路产生影响，这就是需要放大器有高的输入电阻和较高的共模抑制比。 【关键字】：放大电路二阶高通有源滤波器二级低通有源滤波器 一、设计技术与要求： 如图所示，测量放大器由基本测量放大器、二阶高通有源滤波器、二阶 低通有源滤波器三部分组成。 1、性能技术指标： （1）输入阻抗Ri>1m? （2）电压放大倍数Au≥1000（即输入信号Ui-p=1mv时，输出信号Uop-p>1v （3）频带宽度B=10?10KHZ （4）共模抑制比Kcmr>80dB 二：基本测量放大电路 如下图：放大器电路有两个同相放大器和一个基本差动放大电路组合而成；该电路具有输入阻抗高、电压增益容易调节，输出不包含共模信号等优点。若不接R时，该电路由于引入了串联负反馈，所以其差模输入电阻Rid和共模输入电阻Ric都很大；当接入电阻R后，由于R很小，则R与Rid(或Ric)并联后，该电路的差模输入电阻Rid≈2R，共模输入电阻Ric≈R/2。其中RL是负载电阻。 基本放大电路有（前置放大电路组成）下：

图（1） 1其中放大倍数： Aud1==1+2R2/R1=81 Aud1’==1+2R2/R1=31

2其中放大倍为： Aud2==Rf/R3=20 由上可知在前置放大电路中，总的放大倍数为： Aud==Aud1·Aud2=81·20=1620 Aud==Aud1’·Aud2=31·20=620 由以上电路图（2）可观察到，Ri1是一个高输入阻抗的模块的组合放大电路，即输入电阻 Ri1=∞Ω>1MΩ 但由于引入了电阻R，因此，其引入的R达到要求的指标，两个R串联电阻之和2R满足： R>0.5MΩ 为了有更好显示效果，取标称值R=1.2MΩ。 同时，共模抑制比K CMR ，由于放大电路由两级放大电路组成，K CM R1 表示第 一级放大电路的共模抑制比， K CMR2 表示第二级放大电路的共模抑制比，即该型运放的共模抑制比，则 K CMR = K CM R1 ·K CMR2 其中，K CM R1=Aud1/Auc1，K CMR2 = Aud2/Auc2。 又Aud1≥1，K CM R1 ≥1，因此有; Aud1≈1+2R2/R1=81，Aud1==1+2R2/R1=31， Auc1≈1 则有K CM R1=Aud1/Auc1≈Aud1≈81，K CM R1 =Aud1/Auc1≈Aud1≈31，

运算放大器的仿真实验

实 验 报 告 册 指导教师邱刚 课程名称模拟电子技术基础 实验名称集成运算放大器的设计 实验类型设计 学院名称电子与信息工程专业电子与信息工程 年级班级 2011级电信3班学生姓名赵明贵 学号 201107014314 成绩 2012年11月29日

实验四集成运算放大器的设计 运算放大器应用电路的设计与制作 一．实验目的 1.掌握运算放大器和滤波电路的基本工作原理； 2.掌握运用运算放大器实现滤波电路的原理方法； 3.会用Multisim10对电路进行仿真分析； 二．实验内容 1.讲解运算放大器和滤波电路的基本工作原理； 2.讲解用运算放大器实现滤波电路的原理方法； 3.用Multisim10对二阶有源低通滤波电路进行仿真分析； 三．实验仪器 Multisim10软件;电阻若干，导线若干，线路板一块，ua741运放两个，万用表，实验箱。 四．实验原理 集成运算放大器是高增益的直流放大器。在它的输入端和输出端之间加上不同的反馈网络，就可以实现各种不同的电路功能。可实现放大功能及加、减、微分、积分、对数、乘、除等模拟运算及其他非线性变换功能；将正、负两种反馈网络相结合，还可具有产生各种模拟信号的功能。 本实验着重以输入和输出之间施加线性负反馈网络后所具有的运算功能进行研究。理想运放在线性运用时具有以下重要特性： （1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，即。 （2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似相等，即：。 1.反相放大器 信号由反相端输入，电路如图3-1所示。在理想条件下，放大器的闭环增益。 增益要求确定之后，与的比值即确定，在选择其值时需注意：与不

运算放大器的设计与仿真

集成运算放大器放大电路仿真设计 1集成运算放大器放大电路概述 集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。 2 电路原理分析 2.1 电路如图1所示 R1 10kΩV1 500mV U1A TL082CD 3 2 4 8 1 R2 9.1kΩ RF 100kΩ V2 12 V V3 12 V XMM1 1 此电路为反向比例运算电路，这是电压并联负反馈电路。输入电压V1通过电阻R1作用于集成运放的反相输入端，故输出电压V0与V1反相。 图2 仿真结果图 输入输出关系理论输仿真输出值电路功能

其中 1 //2R RF R = 2.2电路如图3所示 R1 10kΩ Ui2 200mV U1A TL082CD 3 2 4 8 1 R24.7kΩ RF 100kΩ V212 V V312 V XMM1 Ui1 100mV R310kΩ 3 此电路为反相求和运算电路，其电路的多个输入信号均作用于集成运放的反相输入端，根据“虚短”和“虚断”的原则，0==p N u u ，节点N 的电流方程为F i i i =+31 所以)1 2 31( 0R Ui R Ui RF U +-= 输入输出关系 理论输出值 仿真输出值 电路功能 )1 2 31( 0R Ui R Ui RF U +-= -3V 2.999V 反相求和放大电路 其中RF R R R //3//12= 2.3电路如图5所示 出值 11 0V R RF V -= -5V -5V 反相比例运算电路

o放大器电路图设计

op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A 为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。 特点： 超低偏移：150μV最大。 低输入偏置电流：。 低失调电压漂移：μV/℃ 。 超稳定，时间：2μV/month最大 高电源电压范围：±3V至±22V 图1 OP07外型图片

图2 OP07 管脚图 OP07芯片功能说明： 1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+ 图3 OP07内部电路图

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值Symb ol符号Parameter参数 Value数 值 Unit 单 位 VCC Supply Voltage 电源电压±22V Vid Differential Input Voltage差分输入电压±30V Vi Input Voltage 输入电压±22V Tope r Operating Temperature 工作温度 -40 to +105 ℃ Tstg Storage Temperature 贮藏温度-65 to +150 ℃ 电气特性 虚拟通道连接= ± 15V ，Tamb = 25 ℃（除非另有说明）Symb ol 符号Parameter 参数及测试条件最小 典 型 最 大 Unit 单位 Vio Input Offset Voltage 输入失调电压0℃ ≤ Tamb -6015 μV

运算放大器构成的18种功能电路(带multisim仿真)

（1）反相比例放大器： 将输入加至反相端，同时将正相端子接地，由运放的虚短和虚断V U U 0==+-，又有102R U U R U U i -=---，得输出为：i U R R U 2 10-= 仿真电路为： 取：Ω==k R R 2221，tV U sin 21=,得到输出结果为：tV U sin 40-=输出波形为： （2）电压跟随器：

当同相比例放大器的增益为1时，可得到电压跟随器，其在两个电路的级联中具有隔离缓冲作用。可消除两级电路间的相互影响。 其仿真波形为： 取输入为4V，频率为1kHz的方波，得到输出结果为：

（3）同相比例放大器： 将INA133的2,5和1,3端子分别并联，以此运放作为基本放大器，反馈网络串联在输入回路中，且反馈电压正比于输入电压，引入串联电压负反馈。反馈电压1211U R R R U f += 由运放的虚短和虚断，有输出电压为：11 20)1(U R R U + = 其仿真电路为： 取tV U sin 21=，Ω==k R R 2212，得到结果为：tV U sin 60= 其输出波形为：

当方向比例放大器增益为1时可得到反相器电路，其仿真电路为： 取：tV U sin 21=，输出结果为：tV U U sin 210-=-= 仿真输出波形为：

将输入信号引至同相端，得到同相相加器 由INA133内置电阻设计如下电路，得到输出结果为：210U U U += 仿真电路为： 取tV U sin 21=,tV U sin 32=,由公式得到结果为：tV U sin 50= 仿真输出波形为：

基本运算放大器电路设计

武汉理工大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：**

创新实验项目报告书

三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细） a）确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图b）在仿真软件上进行仿真。 c）按照电路原理图焊接电路板。 d）对电路板进行调试，并进行改进。

r4W 这是刚开始时的电路仿真图，有许多的错误，刚开始时没有考虑共地端进行直流偏置，同时没有满足R3=R2//R1 ;并且在加法器中没有连接电源，而且还理解错了题意，将理应接为1V交流信号的接成了1V直流电源，可以说错误非常多。 后进行了重新设计，电路图如下。 R1 JDfllcn

由于只使用单电源供电，故需对电路进行共地处理，其中有电压跟随器构成 的2.5V 虚地端。电路参数基本满足要求。 黄色线条为反相放大器输入信号，其峰峰值为 20mVpp 蓝色线条为反相放 大器输出信号，正好相位相反，峰峰值为 200mVpp 符合-10的放大预期。 该结果为加法器的结果。蓝色线条表示反相放大器的输出信号，其峰峰值为 200mVpp 红色线条表示加法器相加的另一信号，其峰峰值为 1Vpp ；绿色线条表 示加法器相加的结果，其峰峰值为 800mVpp 这是因为相加的两个信号正好相位 相反，结果即为两信号相减。 Os _ ■KVVIirVICALflBHHMa ￥QL"5,E3/ □ Qooa TektrcmiM 口sc il lb s cape- K'S Cl Ibktrimix IM z （）￡ LEVEL FtraiifrM ^csni^ij ?H ip^vnii J Gf e 弭Miv C （a ￡n^ f J % OLT543V □ □□□□ Ck2 1 JOrV 口 g Hi V Vu L= C 1 MX

新建 模电课程设计之放大器设计

模拟电子技术课程设计 方法及其原理与具体调试 一．课题名称：放大器的设计 二．设计内容及要求： 要求完成原理设计并通过软件仿真部分： （1）输入为100mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，放大器的性能参数为：增益40dB、输入电阻50Ω、输出电阻≤10Ω、通频带范围300Hz~4000Hz。 （2）输入为0.5mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，设计放大器的性能参数为：增益80dB、输入电阻≥200KΩ、输出电阻≤50Ω、通频带范围20Hz~400KHz。 （3）输入为10mV的正弦信号，负载电阻1KΩ，设计放大器的性能参数为：增益60dB、输入电阻10KΩ、输出电阻≤20Ω、通频带范围500Hz~10KHz，要求增益可调，调节步进10dB。 软件仿真部分元器件不限，只要元器件库中有即可，但需要注意合理选取。 三．设计采用的方案评析： 由于晶体三极管放大电路以及场效应管放大电路本身要求较高且比较复杂，电路的参数也难算，而集成运放的电路用一定的生产工艺将晶体管，场效应管，二极管，电阻，电容以及他们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的具有一定功能的器件。它具有高放大倍数，高输入电阻，低输出电阻等多方面的优良性能，且其参数比较容易算，所以这次设

计的放大器用的都是集成运算放大器。 四．设计原理： 放大器是应用广泛的基本模拟电路，主要用于小信号的放大，基本性能指标有增益系数、输入电阻、输出电阻、通频带（带宽）等，依据不同的性能要求选用不同的集成运放作为放大器件，不同的集成运放其增益带宽积为不同的常数，输入电阻决定于第一级、输出电阻决定于最后一级。 对于实用的电压放大电路，通常要求其输入电阻大，以减小放大电路从信号源索取的电流，使其获得尽可能的输入电压；输出电阻小，有足够强的带负载能力；电压放大倍数大，即有足够的电压放大能力。而单管放大电路很难满足上述性能要求。因此采用多级放大电路。多级放大电路有多种耦合方式，本设计采用阻容耦合。另外如果放大级数过多的话会使其通频带变窄，放大电路的级数愈多，频带愈窄，所以尽量不要采用过多级数的放大电路。 五、放大器设计基本电路： 基本正相放大电路如下： 1.0kΩ 该电路的电压增益为Av=R1+R2/R2,且其输入电阻Ri趋向无穷大，输出电阻Ro趋向于零。

基于Mulitisim的集成运算放大器应用电路仿真教材

电子课程实验报告题目：基于Mulitisim的集成运算放大器应用电路仿真

设计目的 1、集成运算放大电路当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负 反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系，在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。 2、本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序，通过输 入不同类型与幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证，并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计，并最终实现PC板图形式。 二、电路的理论知识 1．反相放大器 图1中所示的电路是最常见的运放电路，它显示出了如何在牺牲增益的条件下获得稳定，线性的放大器。标号为R f的反馈电阻用于将输出信号反馈作用于输入端，反馈电阻连接到负输入端表示电路为负反馈连接。输入电压V1通过输入电阻R1产生了一个输入电路i1。电压差△V加载在+、—输入端之间，放大器的正输入端接地。 图1 利用回路公式计算传输特性：

输入回路： V R i V ?+=111 (2) 反馈回路： V R i V f f out ?+-= (3) 求和节点 in f i i i +-=1 (4) 增益公式： V A V out ??-= (5) 由以上4个式子可以得到输出： Z R V Z i V in out /)/(/11-= (6) 式中，闭环阻抗Z=1/R f +1/AR f +1/R f 。 反馈电阻和输入电阻通常都较大)(Ωk 级，并且A 很大(大于100000)，因此Z=1/R f 。更进一步，△V 通常很小(几微伏)且放大器的输入阻抗Z in 很大(大约ΩM 10),那么输入输入电流(I in =△V/Z in )非常小，可以认为为零。则传输曲线变为： 111)()/(V G V R R V f out -=-= (7) 式中，R f /R 1的比值称为闭环增益G ，负号表示输出反向。闭环增益可以通过选择两个电阻R f 和R 1来设定。 2．同相比例运放电路 同向比例运放电路组成如图2所示 ，将输入电阻R 1接地，并且将输入信号加载道+输入端。 图2 电压在通过由反馈电阻R f 和输入电阻R 1组成的分压电路的时候产生压降，中间位置的电压V -为： out f V R R R V ))/((11+=- (8) 根据理想运放的性质1，运放的输入电压△V 为零，因此V in =V -。重新排列公式