CMOS二级运算放大器设计
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。
电源电压 0~5V
共模输入电压 固定在(VDD+VSS)/2
开环直流增益 ≥80dB 单位增益带宽 ≥30MHz 相位裕度 ≥60degree 转换速率 ≥30 V/μs 静态功耗（电流）
≤1mA 负载电容
=3pf
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 == (3.1) 第二级电压增益：
)||(766222o o m m r r g R G A =-= (3.2) 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 -== (3.3) 单位增益带宽：
c
m O C g A G B W π2f 1
d == (3.4) 偏置电流：
2
13
122121)/()/()/(2???? ??-=L W L W R L W KP I B n B (3.5) 根据系统失调电压：
7
5
6463)/()/(21)/()/()/()/(L W L W L W L W L W L W =
= (3.6) 转换速率：
?
??
???-=L DS DS C DS C I I C I SR 575,min (3.7)
相位补偿：
12.1)/()/()/()/(1
61311
14
6
6+==
m m m C g g L W L W L W L W g R (3.8)
以上公式推导过程简略，具体过程可参考相关专业书籍。根据这些公式关系，经过手算得到一个大致的器件参数如表2。
M1 120/1 M9 3.2/1 M2 120/1 M10 6/1 M3 40/1 M11 6/1 M4 40/1 M12 24/1 M5 16/1 M13 6/1 M6 160/1 M14 20/1 M7 32/1 Cc 1.5pf M8
3.2/1
R B
6 K Ω
表2 二级运放器件参数
四．HSPICE仿真
根据已经计算好的器件参数，写成电路网表。.title test
.lib E:\h05mixddst02v231.lib tt
vdd vdd 0 5
vss vss 0 0
.subckt opamp vn vp out vdd vss
m1 2 vn 1 1 mp w=120u l=1u
m2 3 vp 1 1 mp w=120u l=1u
m3 2 2 vss vss mn w=40u l=1u
m4 3 2 vss vss mn w=40u l=1u
m5 1 6 vdd vdd mp w=16u l=1u
m6 out 3 vss vss mn w=160u l=1u
m7 out 6 vdd vdd mp w=32u l=1u
* bias circuit
m8 6 6 vdd vdd mp w=3.2u l=1u
m9 7 6 vdd vdd mp w=3.2u l=1u
m10 6 7 8 vss mn w=6u l=1u
m11 7 7 9 vss mn w=6u l=1u
m12 8 9 10 vss mn w=24u l=1u
m13 9 9 vss vss mn w=6u l=1u
rb 10 vss 6k
* miller
cc 4 out 1.5p
cl out vss 3p
m14 4 7 3 vss mn w=20u l=1u
.ends
x1 vn vp out vdd vss opamp *ADM
x2 vp vp out1 vdd vss opamp *ACM
x3 out2 vi out2 vdd vss opamp *SR
x4 vn vn out3 vdc vss opamp *pPSRR
x5 vn vn out4 vdd vsc opamp *nPSRR
vp vp 0 dc 2.5 ac 1
vn vn 0 dc 2.5
vi vi 0 pulse(2 3 20ns 0.1ns 0.1ns 200ns 400ns)
vdc vdc 0 dc＝5 ac＝1v
vsc vsc 0 ac＝1v
.ac dec 10 1k 100meg
.trans 1n 400n
.ptint ac v(vout) v(3)
.print trans v(out2)
.print ac vdb(out) vp(out)
.print ac vdb(out1)
.print ac vdb(out3)
.print ac vdb(out4)
.measure ac GBW when vdb(out)=0
.measure ac VPW when vp(out)=-120
.op
.end
1.直流增益、带宽和相位裕度
把ac信号全部放在一个输入端（或正端或负端），使用Hspice分析输出增益和相位裕度。差模放大测试电路如图4.2。
图4.2 差模增益测试电路图
对应的网表是：
x1 vn vp out vdd vss opamp *ADM
.print ac vdb(out) vp(out)
将vac=1V，这样得到的输出电压值就是增益值，方便观察。仿真得到的差模增益和相位裕度如图所示。分别扫描了100Mhz和1Ghz情况下的波形如图4.3和4.4。
图4.3 100Mhz带宽扫描差模增益和相位波形
图4.4 1Ghz带宽扫描差模增益和相位波形
为了得到准确的直流增益值，单位增益带宽和相位裕度值，通过以下两条语句：.measure ac GBW when vdb(out)=0
.measure ac VPW when vp(out)=-120
观察.lis文件，发现直流增益为80.4288dB，单位增益带宽为52.036Mhz，相位裕
度为65degree。
共模放大测试电路如图4.5。
图4.5 共模增益测试电路图
对应的网表是：
x2 vp vp out1 vdd vss opamp *ACM
.print ac vdb(out1)
共模增益波形如图4.6。
图4.6 共模增益频谱图
共模增益在0dB以下说明具有较好的共模抑制。
共模抑制比如图4.7：
图4.7 共模抑制比频谱图
共模抑制比达到83dB。
2.电源抑制比
图4.8为电源和地到输出增益的测试电路图，用差模增益除以电源增益即得电源抑制比。图4.9为仿真得到的正、负电源抑制比，从图中可知，低频时正电源抑制比为98dB，负电源抑制比为89dB。
图4.8 电源增益测试电路图
图4.9 仿真的电源抑制比
3.压摆率
将运放接成单位增益负反馈形式，如图4.10所示。对输入施加正负阶跃信号，得到阶跃特性如图4.11所示，给输出负载充电时的压摆率为30.44V/μs，放电时的压摆率大约为44.78 V/μs。
对应的网表：
x3 out2 vi out2 vdd vss opamp *SR
vi vi 0 pulse(2 3 20ns 0.1ns 0.1ns 200ns 400ns)
.trans 1n 400n
.print trans v(out2)
图4.10 压摆率测试电路图
图4.11 仿真的瞬态建立特性
设计指标实际值
开环直流增益≥80dB 80.4288dB
单位增益带宽≥30MHz 52.036Mhz
相位裕度≥60degree 65degree
转换速率≥30 V/μs 30.44 V/μs
静态功耗（电流）≤1mA 300uA 负载电容=3pf 3pf
通过比较设计指标与实际值，满足系统要求的设计要求。
五．总结
进行模拟IC设计的第一步是根据要求确定需要的电路结构，第二步是掌握这种结构的原理和参数之间的联系，第三步根据指标手算电路参数，这个参数只是初步仿真值，可能无法达到系统指标，然后需要手工调整相关参数。如果始终无法满足，就需要重新考虑电路结构是否合适，初始参数设置是否合适。通过这些调整最终满足要求。
参考文献
[1] 钟文耀.CMOS电路模拟与设计-基于Hspice[M]. 北京: 科学出版社, 2007.
[2] 尹睿.二级密勒补偿运算放大器设计教程[M].上海:复旦大学出版社,2007
CMOS二级运算放大器设计
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
二级运算放大器知识讲解
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
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。
运算放大器。ic设计
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
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)
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.
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
两级运算放大器
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：
基于运算放大器的正弦波发生器
目录 第1章摘要 (2) 第2章设计目的及设计要求 (2) 第3章基本原理 (2) 3.1 基本文氏振荡器 (2) 3.2 振荡条件 (3) 3.3 振荡频率与振荡波形 (5) 第4章参数设计及运算 (6) 4.1 器件选择 (6) 4.2 参数计算 (6) 4.3 波形仿真图 (9) 第5章结论及误差分析 (13) 心得体会 (14) 参考文献 (15)
第1章摘要 本文中介绍了一种基于运算放大器的文氏电桥正弦波发生器。经测试，该发生器能产生频率为100-1000Hz的正弦波，且能在较小的误差范围内将振幅限制在2.5V以内，通过电位器的调节使频率在100HZ-1000HZ内变化。 无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。在运算放大电路中，最适于发生正弦波的是文氏电桥振荡器与正交振荡器,本文将对文氏桥振荡器进行讨论。 第2章设计目的及要求 2.1、设计目的： （1）.掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法； （2）.熟悉集成电路：集成运算放大器LN356N。并掌握其工作原理，组成文氏电桥振路。 2.2、设计要求： （1）设计波形产生电路。 （2)信号频率范围：100Hz——1000Hz。 (3)信号波形：正弦波。 (4)画出波形产生电路原理图，写出终结报告。 第3章基本原理 3.1正弦振荡器的组成 （1)放大电路：放大信号 （2)反馈网络：必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号 （3)选频网络：保证输出为单一频率的正弦波，即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件
音响放大器的设计 课程设计DOC
课程设计说明书课程名称：音响放大器的设计 专业名称： 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 指导老师：
课程设计任务书 设计目的 1)了解集成功率放大器内部电路工作原理 2)掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法 3)掌握音响放大器的设计方法与电子线路系统的装调技术 设计要求和技术指标 1)技术指标 额定功率P≥0.3W，负载阻抗为10Ω，频率响应范围为50Hz-20KHz，输入阻抗大于20KΩ，放大倍数≥20dB。 2）设计要求 （1）设计话音放大与混合前置放大器、音调控制级、功率放大级； （2）选定元器件和参数，并设计好电路原理图； （3）在万能板或面包板或PCB板上进行电路安装调测； （4）测试输出功率； （5）测试输入阻抗； （6）撰写设计报告。 3）设计扩展要求 （1）能驱动额定功率P≥8W的扬声器； （2）电路电压放大级输出阻抗低，能带500Ω负载。
目录 第1章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 音频功率放大器概述 (1) 1.3 音频功率放大器概述 (2) 第2章音响放大器设计 (3) 2.1 音响放大器简介 (3) 2.2 单元电路的设计 (3) 2.2.1 话音放大器 (3) 2.2.2 混响前置放大器............................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.3 电子混响器....................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.4 音调控制器 (5) 2.2.5 功率放大器 (9) 2.3 总电路设计 (9) 第3章电路仿真结果 (13) 3.1 话放与混合级仿真 (13) 3.2 音调控制器的电路仿真 (13) 3.3 功率放大器的电路仿真 (15) 第4章音响放大器的安装与调试 (16) 4.1 电路安装 (16) 4.2 电路调试技术 (16) 4.3 整机功能试听 (17) 第5章心得体会 (18) 参考文献 (19) 附录A 音响放大器元件清单 (19) 附录B PCB板图 (20)
CMOS两级运算放大器-设计分析报告
CMOS两级运算放大器-设计报告
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CMOS两级运算放大器设计及仿真 实验报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
一、运算放大器设计简介 运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。 运算放大器的设计可分为两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。确定好的电路结构不能轻易修改。 运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。若不符合，再回到手工计算，调试电路。 二、设计目标 电路参数要求： (1)直流或低频时的小信号差模电压增益 Avd = 4000V/V(72dB) (2)增益带宽积 GBW = 10MHz (3)输入共模电压范围 Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V (4)输出电压摆幅 0.2V < Vout < 1.5V (5)相位裕度 PM = 60 (6)负载电容 CL = 1pF (7)电源电压 VDD = 1.8V 使用CMOS-90nm工艺库。
三、电路设计 1.电路结构 最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。 2.电路描述 输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。如下图所示。
CMOS两级运算放大器_设计报告
CMOS两级运算放大器设计及仿真 实验报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
一、运算放大器设计简介 运算放大器是许多模拟及数模混合信号系统中一个十分重要的部分。各种不同复杂程度的运放被用来实现各种功能：从直流偏置的产生到高速放大或滤波。 运算放大器的设计可分为两个步骤。第一步是选择或搭建运放的基本结构，绘出电路结构草图。确定好的电路结构不能轻易修改。 运算放大器的电路结构确定之后需要选择直流电流，手工设计管子尺寸，以及设计补偿电容等关键参数。为了满足运放的交流和直流需要，所有管子必须设计出合适尺寸。在手工计算的基础上，运用CandenceVirtuoso电路设计软件进行图形绘制，参数赋值，仿真分析。在分析仿真结果的基础上判断电路是否符合设计要求。若不符合，再回到手工计算，调试电路。 二、设计目标 电路参数要求： (1)直流或低频时的小信号差模电压增益 Avd = 4000V/V(72dB) (2)增益带宽积 GBW = 10MHz (3)输入共模电压范围 Vcm,min = 0.4V，Vcm,max = 1.5V (4)输出电压摆幅 0.2V < Vout < 1.5V (5)相位裕度 PM = 60 (6)负载电容 CL = 1pF (7)电源电压 VDD = 1.8V 使用CMOS-90nm工艺库。
三、电路设计 1.电路结构 最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图所示。主要包括四大部分：第一级双端输入单端输出差分放大级、第二级共源放大级、直流偏置电路及密勒补偿电路。 2.电路描述 输入级放大电路由PM0、PM2、NM1、NM3组成，其中PM0与PM2组成电流源偏置电路，NM1与NM3组成差分放大电路，输入端分别为IN1和IN2，单端输出。如下图所示。
集成运算放大器的简易测试--模拟电子课程设计改完可教
辽宁工业大学 模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：集成运算放大器简易测试仪 院（系）：电气工程及其自动化 专业班级：电气092 学号：09030305 学生姓名：李新 指导教师： 起止时间：1111111111111111111
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程
摘要 集成运算放大器简易测试仪由四部分组成：直流稳压电源、正弦波产生电路、被测运放电路和毫伏表电路。用于判断集成运算放大器放大功能的好坏。直流稳压电源使正弦波电路和毫伏表电路工作，为集成运放提供偏置电流。本实验涉及集成电路运算放大器的内部组成单元，带有源负载的射极耦合差分式放大电路，利用二极管进行偏置的互补对称电路.正弦波信号经集成运放放大后，放大A倍，毫伏表测出其电压最大值并与正弦波产生的信号最大值比较，若他们满足A倍的关系，则能测试出此集成运放能正常工作，否则不能 关键词：偏置电流；恒流源；毫伏表电路；反馈。
目录 第1章绪论 (4) 1.1集成运算放大器的应用意义 (4) 1.2课程技术要求 (4) 第2章总体设计方案框图及其方案论证 (5) 2.1方案论证 (5) 2.2 总体设计方案及分析 (5) 第3章单元电路设计 (7) 3.1正弦波产生电路 (7) 3.2 集成电路放大器 (8) 3.3直流稳压电源 (8) 第4章集成运算放大器简易测试仪整体电路设计 (10) 4.1 整体电路及原理 (10) 4.2电路参数设计 (10) 第5章设计总结 (12) 参考文献 (13) 附录1原理图 (14) 附录2元件表 (14)
二级运算放大器
设计二级跨导放大器 要求Ad>80dB，电源电压2.7倍，GB〉5M，Cl=10pF，SR>10V/us，输出电压摆幅>2V,ICMR:1~2V，CMRR>70dB 1.新建工程,绘制电路图 2．因为Cc>0.22Cl，且Cl=10pF 所以取Cc=3pF 所以IdN3>=SR*Cc=25uA，我们取30uA 3．因为ICMR：1~2V 所以Vin=（1V+2V）/2=1.5V 扫描Vth与Vbs的关系，结果为 所以VdsatN3=0.6628mV 4. 设VA=0.6628V，扫描MN3的宽长比，使IdN3=30uA，扫描结果为
所以w=23.95u 5．设定MP1的VonP1=0.2V，Vcc=3V，所以MP1的Vg=Vcc-(Von+VthP1)=3V-(0.2V+0.67V)=2.13V。扫描MP1的宽长比，使IdP1=30uA/2=15uA，扫描结果为 所以W=22.08u 7. MN1的s端设定为VA=0.6228V,扫描MN1的宽长比，使d端的电压为开始设定的2.13V，扫描结果为 所以W=10.95u 8．因为Itot<1/2.7=370uA，所以ＩｄＮ４＜３７０ｕＡ－３０ｕＡ＝３４０ｕＡ 又因为ｇｍＰ３＞１０ｇｍＮ２，查表可知，ｇｍ／ＩｄＮ≈１４．５，ｇｍ／ＩｄＰ≈１２，所以ＩｄＰ３〉１０＊１４．５＊１５ｕＡ／１２＝１８１．２５ｕＡ，所以选择ＩｄＰ３＝２００ｕＡ。 因为输出摆幅＞２，最大输出电压３－０．２Ｖ＝２．８Ｖ和最小输出电压０．２Ｖ满足条
件，所以设静态输出电压为（２．８Ｖ＋０．２Ｖ）／２＝１．５Ｖ扫描ＭＮ４的宽长比，使ＩｄＰ３＝２００ｕＡ，扫描结果为 此时Ｗ＝１34.38ｕ ９．扫描ＭＰ３的宽长比使输出电压为１．５Ｖ，扫描结果为 此时W=224.25u 10．各偏置和宽长比设置完后，进行Bias Point，结果为
运算放大器组成函数信号发生器《模拟电路》课程设计报告
《模拟电路》课程设计报告运算放大器组成函数信号发生器 设计时间2008年1月
目录 一、设计任务与要求 (2) 二、方案设计 (3) 三、各部分电路设计 (4) 四、总原理图 (9) 五、安装与调试 (10) 六、电路的实验结果 (12) 七、实验心得 (14) 八、参考文献 (14)
一、设计任务与要求 1.1.设计目的 1．掌握电子系统的一般设计方法 2．掌握模拟IC器件的应用 3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力 4．掌握常用元器件的识别和测试 5．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 1.2.设计任务 运算放大器设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器1.3.课程设计的要求及技术指标 1．设计、组装、调试函数发生器 2．输出波形：正弦波、方波、三角波； 3．频率范围：在10－10000Hz范围内可调； 4．输出电压：方波U Ｐ－Ｐ≤24V，三角波U Ｐ－Ｐ ＝8V，正弦波U Ｐ－Ｐ >1V；
二、方案设计 2.1. 原理框图 2.2.函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
集成运算放大器——模电课程设计
《集成运算放大器》课程设计报告 专业： 年级： 11级 学号： 姓名： 指导教师： 日期：2013年10月14日
集成运算放大器的运用 一、实验目的 1.了解集成运算放大器的功能及特点； 2.进一步掌握放大器参数的测试方法。 二、实验原理 LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。 每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”.“-”为两个信号输入端，“V+”.“V-”为正.负电源端，“V o”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端V o的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。 图1 运算放大器引脚图图2 LM324N管脚图 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 LM324特点: 1.内部频率补偿 2.直流电压增益高(约100dB) 3.单位增益频带宽(约1MHz) 4.电源电压范围宽：单电源(3—32V)；双电源(±1.5—±16V) 5.低功耗电流，适合于电池供电 6.低输入偏流 7.低输入失调电压和失调电流 8.共模输入电压范围宽，包括接地
9.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 10.输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V) 三、实验器材及设备 1.基本元件清单 集成电路：LM324一块 电 阻： 10K Ω 6个 20K Ω 1个 100K Ω 4个 4.7K Ω 1个 1 k Ω 3个 2k Ω 1个 47k Ω 1个 560Ω 1个 电位器：2K Ω 1个 10K Ω 2个 50K Ω 2个 20k Ω 1个 电 容：1000pF 1个 0.1 uF 5个 10uF 4个 电路板：1块 2.实验仪器 直流电源，DDA 函数发生器，双踪示波器，数字万用表。 四、实验要求 使用一片通用四运放芯片LM324组成电路框图见图3(a)，实现下述功能： 使用低频信号源产生)V (2sin 1.001t f u i π=，z f H 5000=的正弦波信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号1o u ，1o u 如图3(b)所示，ms T 5.01=，允许1T 有±5%的误差。 图3 (a) 图3 (b) 图中要求加法器的输出电压11210o i i u u u +=。2i u 经选频滤波器
运算放大器基本电路
一：比例运算电路定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分）比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式(1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示:输出特性：因为：，所以：从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。反向比例电路的特点： 一：比例运算电路 定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。 分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分） 比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式 (1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示: 输出特性：因为：， 所以： 从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。 反向比例电路的特点： (1)反向比例电路由于存在"虚地",因此它的共模输入电压为零.即:它对集成运放的共模抑制比要求低 (2)输入电阻低:r i=R1.因此对输入信号的负载能力有一定的要求. (2)同相比例电路 输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示: 输出特性：因为：（虚短但不是虚地）；；
所以： 改变R f/R1即可改变Uo的值，输入、输出电压的极性相同 同相比例电路的特点： (1)输入电阻高；(2)由于(电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高 (3)差动比例电路 输入信号分别加之反相输入端和同相输入端,电路图如图(3)所示: 它的输出电压为： 由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。二：和、差电路 (1)反相求和电路 它的电路图如图(1)所示:（输入端的个数可根据需要进行调整）其中电阻R'为: 它的输出电压与输入电压的关系为： 它可以模拟方程：。它的特点与反相比例电路相同。它可十
CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计
课程设计报告 设计课题: CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计 姓名: XXX 专业: 集成电路设计与集成系统 学号: 1115103004 日期 2015年1月17日 指导教师: XXX 国立华侨大学信息科学与工程学院
一：CMOS二级密勒补偿运算放大器的设计 1:电路结构 最基本的CMOS二级密勒补偿运算跨导放大器的结构如下图，主要包括四部分：第一级PMOS输入对管差分放大电路，第二级共源放大电路，偏置电路和相位补偿电路。 2：电路描述： 输入级放大电路由M1~M5组成。M1和M2组成PMOS差分输入对管，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3和M4为电流镜有源负载；M5为第一级放大电路提供恒定偏置电流。 输出级放大电路由M6和M7组成，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。 偏置电路由M8~M13和Rb组成，这是一个共源共栅电流源，M8和M9宽长比相同。M12和M13相比，源级加入了电阻Rb，组成微电流源，产生电流Ib。对称的M11和M12构成共源共栅结构，减少了沟道长度调制效应造成的电流误差。在提供偏置电流的同时，还为M14栅极提供偏置电压。 相位补偿电路由M14和Cc组成，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。
3:两级运放主体电路设计 由于第一级差分输入对管M1与M2相同，有 R1表示第一级输出电阻，其值为 则第一级的电压增益 对第二级，有 第二级的电压增益 故总的直流开环电压增益为
所以 4：偏置电路设计 偏置电路由 M8~M13 构成，其中包括两个故意失配的晶体管M12 和M13，电阻RB 串联在M12 的源极，它决定着偏置电流和gm12，所以一般为片外电阻以保证其精确稳定。为了最大程度的降低M12 的沟道长度调制效应，采用了Cascode 连接的M10以及用与其匹配的二极管连接的M11 来提供M10 的偏置电压。最后，由匹配的PMOS器件M8 和M9 构成的镜像电流源将电流IB 复制到M11 和M13，同时也为M5 和M7提供偏置。 下面进行具体计算。镜像电流源M8 和M9 使得M13 的电流与M12 的电流相等，都为IB，从而有 而由电路可知 联立上式可以得到：
《集成运放放大器的应用》设计报告
集成运算放大器的应用 --2011年全国电子大学生电子设计竞赛综合测评题 152207100017 黄荣一、设计要求： 使用一片通用四运放芯片LM324组成电路框图见图1(a),实现下述功能： 使用低频信号源产生ui1=0.1*sin(2*π*fo*t) (V),fo=500Hz的正弦信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入资质振荡器产生的正弦波信号，uo1的峰峰值为4V，波形上下对称，T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。 要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2经选频滤波器滤除uo1频率分量，选出fo 信号为uo2，uo2为峰峰值等于9V的正弦信号，用示波器观察无明显失真。Uo2信号再经比较器后在1kΩ负载上得到峰峰值为2V的输出电压uo3。 电源只能选用+12V和+5V两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。 要求预留ui1、ui2、uo1、uo2、uo3的测试端子。 二、设计原理multisim 1、设计原理
2.电路原理与参数计算： 1. 三角波产生器 通常三角波发生器需要运用2只运放，加法器、滤波放大器、比较器各一只，而题目要求4只运放，可以考虑一只运放产生方波信号，然后利用无源积分器电路实现三角波信号。由电容充放电，在电容两脚之间即可得到三角波，由两个电位器调节输出电压和输出三角波频率的大小。 2. 加法器电路 使用低频信号源产生ui1=0.1*sin(2*π*fo*t) (V),fo=500Hz的正弦信号，加至加法器的输入端，加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。uo1为三角波产生器产生的频率为2kHZ，峰峰值为4V的对称波形信号。 3．滤波放大电路电路采用二阶压控电压源低通滤波器电路。由上面的原理图可见，它是由两节RC滤波电路和同向比例放大电路组成，其中同向比例放大电路实际上就是所谓的压控电压源。此电路可以很好的滤除合成波中2KHz的三角波分量，留下500Hz 的正弦波信号，放大信号4倍，得倒9V输出电压。 4.比较器电路 电压比较器时对两个模拟电压比较器大小，比判断出其中哪一个电压高，比较器输入有一个同向输入端和一个反向输入端，一般设置其中一个端的输入电压为参考电压，V+>V-,输出高电平；V+ 运算放大器的仿真分析结果如下。 静态工作点： （1）运放的输入失调电压仿真 通过仿真运放的直流传输特性是测量其输入失调电压。运放的电源电压为5V，在开环状态下，其反相端接2.5V直流电压，同相端加从2.45V到2.55V的直流扫描电压，做DC 仿真得到的运放的直流传输特性如图7.19所示，其输入失调电压为3mV，满足了通用运放失调电压的要求。 图7.19 运放的直流传输特性分析 （2）运放的共模输入范围 运放的共模输入范围是运放的输入输出跟随特性。运放的电源为5V，运放的反相端和输出相连，构成缓冲器；同相端加直流扫描从0到5V，经仿真得到的运放输入输出跟随特性如图7.20所示，其输入共模电压范围从0.1V到4.6V，满足了设计指标的要求。 图7.20 运放的共模输入范围 （3）运放的输出电压摆幅特性 运放的输出电压摆幅特性是仿真运放的输出电压最大值和最小值。运放的输出电压摆幅特性仿真电路如图7.21所示，其反相比例放大器增益为10。 Vin 1M10M +2.5V +5V V out 图7.21 运放的输出电压摆幅特性仿真电路 正输入端接2.5V的直流电压，V in输入端加从0到5V的直流扫描电压，经仿真得到的运放输出电压摆幅特性见图7.22，运放的输出电压摆幅是从0到5V，满足了运放指标对输出电压摆幅的要求。 图7.22 运放的输出电压摆幅特性 （4）运放的小信号相频和幅频特性 运放的小信号相频和幅频特性是仿真运放的开环小信号放大倍数及其相位随频率的变化趋势，从而得到运放的相位裕度和单位增益带宽指标，并进一步鉴别运放的放大能力、稳定性和工作带宽。 运放的输出端接2pF的负载电容，电源电压为5V，共模输入电压为2.5V，差模输入幅度为1V的交流信号，即两输入端的输入交流信号相位相反。做交流小信号分析，可以得到运放的小信号相频和幅频特性如图7.23所示。从仿真结果可以看出，运放采用RC补偿，在满足单位增益带宽的同时，能很好的调节相位裕度。运放的低频开环增益为85dB，单位增益带宽为225MHz，相位裕度为78度，其中，低频开环增益和单位增益带宽这两项仿真 结果远高于运放指标的要求。 图7.23 运放的小信号相频和幅频特性两级运算放大器设计