基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计的读书笔记

第一章

运算放大器实现数学运算的能力是将高增益和负反馈结合起来的结果。

电压放大器：由戴维南定理得出源电压—负载增益关系如下：

Vo/Vi=(Ri/(Ri+Rs))Aoc(Rl/(Rl+Ro))

为了减小加载效应：Ri—无穷大，Ro→0

其根本的原因为：输入源的Rs和输出Ro的分压。

电流放大器：由诺顿定理得出源电流—负载增益关系如下：

Io/Ii=(Rs/(Ri+Rs))Asc(Ro/(Rl+Ro))

为了减小加载效应：Ro—无穷大，Ri→0

其根本的原因为：输入源的Rs和输出Ro的分流。

还有一种输入是电压输出的是电流，称为跨导放大器

VCCS，为了避免加载效应，Ri，Ro要无穷大

还有一种输入是电流输出的是电压，称为跨阻放大器

CCVS，为了避免加载效应，Ri，Ro要为0

增益的表示方法：200000V/V也可以表示为：200V/mV 也可以用dB表示：20Lg200000=106dＢ。

开环增益就是没有负反馈的，增益非常大。

因为两个端口对地都容许有独立的电位，所以把这种输入端口称为双端型，输出端口为单端口型。

1、运算放大器是对输入电压的之间的差做出响应的。也称为差分放大器。

2、基本的运算放大器电路是反相，非反相的（同相的），缓冲放大器

3、同相的放大器：理想的同相的闭环特性，Aideal=1+R2/R1；

同相的构成电压跟随器，他的特长是起到一个阻抗变换器的作用，因为从他的输入端看进去，他是一个开路的，而从输出端看进去是短路，vo=vi；

Ri=无穷大，Ro=0；

4、反相的放大器：理想的同相的闭环特性，Aideal=-（R2/R1）；

Aideal=-R2/R1；注意A的大小可以控制到直至0。

Ri=R1，Ro=0

5、差分电路，输出的正比于输入的真正差值。当R1，Rf，R3，R4组成的电阻网络形成一个电桥，即是：R1/Rf=R3/R4；

6、微分器，这个电路会趋向于振荡，它问题是来自开环增益随频而滚降。用于一个合适的电阻Rs与C串联常可以使电路稳定。在第8章将会分析。

7、积分器，Vo(t)=Vo(0)=0=常数，在实验中，会发现她的输出将漂移不定，直到饱和接近某个电源电压，即使输入端接地，也一样，这就是：所谓的运算放大器的输入失调的，一般在C并接一个电阻Rp，就得到一个有耗积分器。，仅使用在一定的频率范围。一般大多数的运用中，积分器是放在某个闭环内部而自动设计，避免了饱和。

8、负阻转换器(NIC)如下图：

9、运算放大器电路中的反馈：有4种，输入串联，输入并联，输出串联，输出并联。无论是在输入端，还是输出端，串联拓扑提高，并联拓扑降低相应的端口的电阻。

直接球环路增益T 通过除掉全部的输入源，在环路上内的某个点上，切开，一端接入测试源Vt，一端测试电压Vr,故环路的增益T=-(Vr/Vt)；

T=ab （a=开环增益，b=电压反馈）

10、一般为了防止存在在于电源线上的干扰运算放大器的交流声，IC的电源端必须利用低感抗的0.1uf的电容对地旁路，（解耦电容）

11、一般电路板的电源电压的入口还应该包括有10uf的极化电容。对地旁路。

第2章电阻性的反馈电路

1、电流-电压转换器（I-V转换器）==跨阻抗放大器，一般用于电流的采集，比如光电检测，电流输出型的传感器。

插入图1，2，3

2、电压-电流转换器(V-I转换器)==跨导放大器

响应电流是在输出端上建立的电压，而Ro是从负载看进去的转换器的输出电阻，对于真正的V-I转换来说，Io必须要与VL(负载上的电压)无关。

一个概念：电压柔量：电压VL(负载上的电压)

浮动负载转换器的个人理解，使用V-I转换，输出电流与负载没有关系的情况下，负载可以浮动挂载，

插入图4。5

3、接地负载转换器(Howland电流泵)由一个具有串联电阻R1的输入源Vi和一个合成的接地电阻-R2R3/R4

插入图6，7，8

在接地负载转换器，为了实现Ro=无穷大，上图的四个电阻构成电桥。

电阻失配的影响：插入图9

解决方案：插入图10

改进的Howland电流泵插入图11

4、在弱点里，电压一定，所谓的功率就是电流的大小，功率要小，我们就可以在设计的时候，加入阻值比较大的电阻。在我们不需要的电路支路上，尽可以的降低功耗，(提高电阻值)，在输出功率要求大的地方，降低电阻值。

5、电流放大器

表达式：Io=AIi-Vl/Ro 要使的Vo=无穷大。

插入图12

接地负载的电流放大器

插入图13，14

6、差模放大器

将其转换化为差模。共模。V1=Vcm+Vdm/2 ；V2=Vcm-Vdm/2；

将V1，V2分解Vdm。Vcm分量：表现了一种在低电平的差分信号重叠在高电平的共模信号上，如：传感器信号，

插入图15

下图为差模输入电阻，共模输入电阻

Rid=2Ri ；Ric=(R1+R2)/2

共模抑制比：CMRRdb=20Lg|Adm/Acm|，R2/R1差分增益越大，共模抑制比越大。

6-1、可增益的差模放大器

可以做到增益可调，实现电桥的平衡，插入图16，17，18

7、接地回路的干扰消除方法：

2.5、仪器仪表放大器（IA）是满足下列技术的差分放大器

A、极高的差模，共模输入阻抗

B、很低的输出阻抗

C、精确稳定的增益1v/v---1000v/v

D、极高的共模抑制比

1、三运算放大器为了提高差模，。共模的输入阻抗，在放大器前设置两个高输入阻抗的缓冲器。

如下图的基本的IA电路图图19

2、双运算放大器IA

插入图20，21

3、输出偏置

插入图22

4、电流输出IA

插入图23 24

5、电流输入IA

插入图25

6、电桥的设计校准

插入图26

衔接到11章，12章

指标：

线路调整率，电压调整率

负载调整率

纹波抑制比

温度系数

落差电压：在电路正常工作时，Vi，Vo之间的最小差值称为落差电压Vdo

启动电路：怎样能自举起来，自动调整

模拟运算电路(三)

实验五模拟运算电路（三） 一、实验目的 1、了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度 漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念。 2、熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频 特性、传输特性曲线的测量方法。 二、实验原理 三、预习思考 1、查阅741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释 参数含义。 T:TIP 参数名称参数值参数意义及设计时应该如何考虑 直流参数 输入 失调电压V IO 1(T) <6mV 该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。理 想运放当输入电压为零时，其输出电压也为零，但实际运放当 输入电压为零时，其输出端仍有一个偏离零的直流电压，这是 由于运放电路参数不对称所引起的。 输入 偏置电流I IB 80(T)<500nA 该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。 指运放输入级差分对管的基极电流 12 , B B I I,通常由于晶体管参

数的分散性，12B B I I ≠。输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级的性能，当他的β值太小时，将引起偏置电流增加。从使用角度看，偏置电流愈小，由信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小。 输入 失调电流I IO 20(T)<200nA 该参数是指流入两个输入端的电流之差。输出电压为零时，两 输入端静态电流的差值，即12io B B I I I =-。其典型值为几十至 几百Na .由于信号源内阻的存在，io I 会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为零。io I 越小越好，他反映了输入级有效差分对管的不对称程度。 失调电压温漂 αV IO 20/uV C ±? 该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以 /uV C ? 为单位表示.指在规定范围内io V 的温度系数。 共模抑制比K CMR 70(T)<90dB 差模电压增益VD A 与共模电压增益VC A 之比 开环差模 电压增益A VD 6 10 集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的 直流差模电压增益。VD A 与输出电压0V 的大小有关。通常是在规定的输出电压幅度（如010V V =±）测得的值。VD A 又是频率的函数，频率高于某一数值后，VD A 的数值开始下降。 输出 电压摆幅V OM +/-10 ~14 正负输出电压的摆动幅度极限 差模输入电阻R ID 0.3~2M Ω 输出电阻R O 75 Ω 交流参数 增益带宽积G.BW 0.7~1.6MHZ 增益带宽积A OL * ? 是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。运放的增益是随信号的频率而变化的，输出电压随信号频率增大而使其下降到最大值的0.707倍的频率范围，称为带宽。 转换速率S R 0.25~0.5V/us (RL>2K) 该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。SR 通常以V/μs 为单位表示， 有时也分别表示成正向变化和负向变化。当运放在闭环情 况下，其输入端加上大信号（通常为阶跃信号时） ，其输出电压 波形将呈现一定的延时，其主要原因是运放内部电率中的电容 充放电需要一定的时间。SR 表示运放在闭环状态下，每1us 时间内输出电压变化的最大值。 极限参数 最大差模 输入电压V IOR 30V ± 反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过这个电压值， 运放输入级某一侧的BJT 将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚至可能造成永久性损坏。 最大共模 13V ± 运放所能承受的最大共模输入电压。超过IC R V 值，它的共模抑

3.2模拟集成电路设计-差分放大器版图

集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University

实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1

实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2

Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3

由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4

模电-模拟运算电路实验

实验五 模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的原理与功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。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、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。 开环电压增益 A ud =∞ 输入阻抗 r i =∞ 输出阻抗 r o =0 带宽 f BW =∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式 U O ＝A ud （U +－U －） 由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 （2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图5－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的 i F O U R U -=

关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 / R F 3) 同相比例运算电路 图5－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10KΩ， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图5-3 同相比例运算电路 4) 差动放大电路（减法器）

运算电路设计

运算电路设计 预习资料： 一. 实验内容概述 本实验需要利用实验室提供的元器件在实验箱上搭建并调试一个运算电路，其电路功能为先将一正弦信号比例放大，再经过积分变为余弦信号，再通过减法运算消除信号中的直流分量。 二. 调试步骤 电路调试时通常做法是：先将整个电路图按功能划分为若干模块，本次电路应该会分为（比例运算电路、积分运算电路、减法运算电路）三个模块；然后分别将各模块内部电路连好，并按照信号流向逐级调试（即从最初信号开始，每次多加一个模块，直至最后整机电路调试成功），本次实验根据题目要求依次调试比例运算电路、积分运算电路、减法运算电路既可。 1. 按照设计好的电路图在实验箱上实现比例运算电路连线，详见下面各步： （1）选取电阻R1，并将其一端连接至运放反相输入端，如下图所示 （2）将电阻R1另一端连线至电源接地端，如下图所示 O u 8-+A I u 1 R 2 R F R +12V -12V 2346 7

（3）选取电阻Rf ，并将其一端连接至运放反相输入端，如下边左图所示 （4）将电阻Rf 另一端连线至运放输出端，如上边右图所示 （5）选取电阻R2，并将其一端连接至运放同相输入端，如下图所示 O u 8-+A I u 1 R 2 R F R +12V -12V 2346 7O u 8-+A I u 1 R 2 R F R +12V -12V 2346 7O u 8-+A I u 1 R 2 R F R +12V -12V 2346 7

（6）将信号发生器信号端连线至电阻R2另一端，并且将信号发生器接地端连线至电源接地端；如下图所示 （7）将电源+12V 连接至运放“7”脚，电源-12V 连接至运放“4”脚，如下图所示 O u 8-+A I u 1 R 2 R F R +12V -12V 2346 7O u 8-+A I u 1 R 2 R F R +12V -12V 2346 7信号发生器

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。

实验二集成运算放大器的应用模拟运算 (1)

实验七 集成运算放大器的应用（一） 模拟运算电路 预习部分 一、实验目的 1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2. 掌握运算放大器的使用方法，了解其在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。本实验采用的集成运放型号为μA741，引脚排列如图2-7-1所示。它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十K Ω的电位器并将滑动触头接到负电源端。 ⑧脚为空脚。 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、对数等模拟运算电路。 1) 反相比例运算电路 电路如图2-7-2所示。对于理想运放， 该电路 的输出电压与输入电压之间的关系为 Uo ＝－（R F / R 1）Ui 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在 同相输入端应接入平衡电阻 R 2＝R 1‖R F 。 2) 反相加法电路 图2-7-2 反相比例运算电路 图2-7-3反相加法运算电路 电路如图2-7-3所示，输出电压与输入电压之间的关系为 F i F i F O //R //R R R U R R U R R U 2132211 =??? ? ??+-= 图2-7-1 μA741管脚图

3) 同相比例运算电路 图2-7-4(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 Uo ＝（1＋R F / R 1）Ui R 2＝R 1 // R F 当R 1→∞时，Uo ＝Ui ，即得到如图2-7-4(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图2-7-4 同相比例运算电路 4) 差动放大电路（减法器） 对于图2-7-5所示的减法运算电路，当R 1＝R 2，R 3＝R F 时， 有如下关系式 图2-7-5 减法运算电路 图2-7-6 积分运算电路 5) 积分运算电路 反相积分电路如图2-7-6所示。在理想化条件下，输出电压uo 等于 ()()01 C t i O U dt U RC t U +-=? 式中 Uc(o)是t ＝0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。 如果u i (t)是幅值为E 的阶跃电压，并设Uc(o)＝0，则 ()RC E Edt RC t U t O -=-=?01 即输出电压 Uo(t)随时间增长而线性下降。显然R C 的数值越大，达到给定的Uo 值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。 ()121 i i F O U U R R U -=

集成运放电路的设计

一设计目的 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PCB版图形式。二设计工具：计算机，Mulitisim，Protel软件 三设计任务及步骤要求 1)通过Mulitisim编写程序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。输入电压波形可以任意选取，并且可对输入波形的运算进行实时显示，并进行比较； 2)对设计完成的运算放大电路功能验证无误后，通过Protel软件对首先对电 路进行原理图SCH设计，要求：所有运算放大电路在一张原理图上； 输入输出信号需预留接口； 3)设计完成原理图SCH后，利用Protel软件设计完成印制板图PCB，要求：至 少为双层PCB板； 四设计内容 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集成运放芯片的选取和介绍 由于LM324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，而本次电子设计实验对精度要求不是非常高,LM324完全满足要求,因此我们这里选用LM 324作为运放元件 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，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，“Vo”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Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图。 3运放电路基本原理及其Mulitisim仿真 3.1．同相比例运放电路

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。

集成运放基本应用之一—模拟运算电路

集成运放基本应用之一—模拟运算电路

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实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的原理与功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。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、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性： 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放： 开环电压增益A ud=∞ 输入阻抗r i=∞ 输出阻抗r o=0 带宽f BW=∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O与输入电压之间满足关系式 U O＝A ud（U+－U－） 由于A ud=∞，而U O为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。

（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图5－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的 关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图5－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ， i 1 F O U R R U -=

运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法

熟悉运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法 2、了解其主要特点，掌握运用虚短、虚断的概念分析各种运算电路的输出与输入的函数关系。 3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函数关系。 学习重点：应用虚短和虚断的概念分析运算电路。 学习难点：实际运算放大器的误差分析 集成运放的线性工作区域 前面讲到差放时，曾得出其传输特性如图，而集成运放的输入级为差放，因此其传输特性类似于差放。 当集成运放工作在线性区时，作为一个线性放大元件 v o=A vo v id=A vo(v+-v-) 通常A vo很大，为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证v o不超出线性范围。 对于工作在线性区的理想运放有如下特点： ∵理想运放A vo=∞，则 v+-v-=v o/ A vo=0 v+=v- ∵理想运放R i=∞ i+=i-=0 这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。 已知运放F007工作在线性区，其A vo=100dB=105 ,若v o=10V，R i= 2MΩ。则v+-v-=?，i+=?，i-=?

可以看出，运放的差动输入电压、电流都很小，与电路中其它电量相比可忽略不计。 这说明在工程应用上，把实际运放当成理想运放来分析是合理的。 返回 第二节基本运算电路 比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路，如图8.1所示。后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。v o∝ v i：v o=k v i(比例系数k即反馈电路增益 A vF,v o=A vF v i) 输入信号的接法有三种： 反相输入（电压并联负反馈）见图8.2

同相输入（电压串联负反馈）见图8.3 差动输入（前两种方式的组合） 讨论： 1）各种比例电路的共同之处是：无一例外地引入了电压负反馈。 2）分析时都可利用"虚短"和"虚断"的结论： i I=0、v N=v p。见图8.4

模拟集成电路设计经典教材

1、 CMOS analog circuit design by P.E.ALLEN 评定：理论性90 实用性70 编写 100 精彩内容：运放的设计流程、比较器、 开关电容 这本书在国内非常流行，中文版也 翻译的很好，是很多人的入门教材。 建议大家读影印版，因为ic 领域 的绝大部分文献是以英文写成的。 如果你只能读中文版，你的学习资料 将非常有限。笔者对这本书的评价 并不高，认为该书理论有余，实用性 不足，在内容的安排上也有不妥的地 方，比如没有安排专门的章节讲述反 馈，在小信号的计算方面也没有巧方法。本书最精彩的部分应该就是运放的设计流程了。这是领域里非常重要的问题，像Allen 教授这样将设计流程一步一步表述出来在其他书里是没有的。这正体现了Allen 教授的治学风格：苛求理论的完整性系统性。但是，作为一项工程技术，最关键的是要解决问题，是能够拿出一套实用的经济的保险的方案。所以，读者会发现，看完最后一章关于ADC/DAC 的内容，似乎是面面俱到，几种结构的ADC 都提到了，但是当读者想要根据需求选择并设计一种ADC/DAC 时，却无从下手。书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen 教授求全的风格。不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。Allen 教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。书中的相关章节很适合作为开关电容电路的入门教材。该书的排版、图表等书籍编写方面的工作也做的很好。像Allen 这样的理论派教授不管在那所大学里，大概都会很快的获得晋升吧。另外，Allen 教授的学生Rincon Moca 教授写的关于LDO 的书非常详尽，值得一读。 2、 CMOS Circuit Design Layout and Simulation CMOS Mixed-Signal Circuit Design by R.J.Baker 评定：理论性80 实用性100 编写80 精彩内容：数据转换器的建模和测量、hspice 网表这本书的风格和Allen 的书刚好相反： 理论的系统性不强，但是极为实用，甚至给出 大量的电路仿真网表和hspice 仿真图线。 这本书的中文版翻译的也很好。最近出了第二 版，翻译人员换了，不知道翻译的水平如何。 不过，第二版好贵啊~~ Baker 教授在工业界 的实战经验丰富，曾经参加过多年的军方项目 的研发，接收器，锁相环，数据转换器，DRAM 等曾设计过。所以，书中的内容几乎了包含 了数字、模拟的所有重要电路，Baker 教授

东南大学模电实验报告模拟运算放大电路

东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电路实验 第一次实验 实验名称：模拟运算放大电路（一）院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室: 实验组别： 同组人员：实验时间： 评定成绩：审阅教师：

实验一 模拟运算放大电路（一） 一、实验目的： 1、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。 2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。 3、 了解运放调零和相位补偿的基本概念。 二、实验原理： 1、反向比例放大器 反馈电阻R F 值一般为几十千欧至几百千欧，太大容易产生较大的噪声及漂移。R 的取值则应远大于信号源v i 的内阻。 若R F = R ，则为倒相器，可作为信号的极性转换电路。 2、电压传输特性曲线 双端口网络的输出电压值随输入电压值的变化而变化的特性叫做电压传输特性。电压传输特性在实验中一般采用两种方法进行测量。一种是手工逐点测量法，另一种是采用示波器X-Y 方式进行直接观察。 示波器X-Y 方式直接观察法：是把一个电压随时间变化的信号（如：正弦波、三角波、锯齿波）在加到电路输入端的同时加到示波器的X 通道，电路的输出信号加到示波器的Y 通道，利用示波器X-Y 图示仪的功能，在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线，同时还可以 测量相关参数。 具体测量步骤如下： F V R A =- R

(1) 选择合理的输入信号电压，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件；太小不能完全反应电路的传输特性。 (2) 选择合理的输入信号频率，频率太高会引起电路的各种高频效应，太低则使显示的波形闪烁，都会影响观察和读数。一般取50～500Hz 即可。 (3) 选择示波器输入耦合方式，一般要将输入耦合方式设定为DC，比较容易忽视的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的，同样也要设成DC。 (4) 选择示波器显示方式，示波器设成X-Y 方式，对于模拟示波器，将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y 方式；对于数字示波器，按下“Display”按钮，在菜单项中选择X-Y。 (5) 进行原点校准，对于模拟示波器，可把两个通道都接地，此时应该能看到一个光点，调节相应位移旋钮，使光点处于坐标原点；对于数字示波器，先将CH1 通道接地，此时显示一条竖线，调节相应位移旋钮，将其调到和Y 轴重合，然后将CH1 改成直流耦合，CH2 接地，此时显示一条水平线，调节相应位移旋钮，将其调到和X 轴重合。 3、电压增益(电压放大倍数A V) 电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值，包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益，测量时要注意表笔的正负。 交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器测量输入电压V i(有效值)或V im(峰值)或V ip-p（峰-峰值）与输出电压V o(有效值)或V om(峰值)或 V op-p（峰-峰值），再通过计算可得。 三、预习思考： 1、设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； 2、设计一个电路满足运算关系V O= -2V i1 + 3V i2 四、实验内容： 1、23页实验内容1，具体内容改为： (I)图5-1电路中电源电压±15V，R1=10kΩ，R F=100 kΩ，R L＝100 kΩ，R P＝10k//100kΩ。 按图连接电路，输入直流信号V i分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同V i时的V o值，列表计算A vf并和理论值相比较。其中V i通过电阻分压电路产生。

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.

模拟集成电路设计期末试卷..

《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS

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：

模拟集成电路设计软件使用教程

模拟集成电路设计软件实验教程 月4年2006

1 目录 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计 (3) Lab 1.1 启动软件 (3) Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 (3) Lab 1.3 电路图输入 (7) Lab 1.4 模块的创建 (10) Lab 1.5 电源的创建 (12) Lab 1.6 建立运放测试电路 (14) 实验二使用Spectre Direct进行模拟仿真 (17) Lab 2.1 运行仿真 (17) Lab 2.2 使用激励模板 (28) Lab 2.3 波形窗的使用 (32) Lab 2.4 保存仿真状态 (36) Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口 (37) 2 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计Lab 1.1 启动软件 实验目的: 掌握如何启动模拟电路设计环境.

实验步骤: 1.进入Linux界面后,点击鼠标右键,选中New Terminal,则会弹出一个交互终端. 2.进入教程所在目录后,输入命令cd Artist446 (注意:cd后必须有空格;命令行大小写敏感) 3.在同一个交互终端内,输入命令icms &,在屏幕底部会出现一个命令交互窗(Command Interpreter Window,CIW).如果出现What's New窗口,可使用File-Close命令关闭. Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 实验目的: 掌握如何对含AHDL模块的模块级设计进行仿真. 实验步骤: 1.在CIW中选择Tool-Library Manager,会弹出库管理器(Library Manager). 2.在库管理器中,用鼠标左键选中training,则cell中会显示出training库中所有的cell;在training 的所有cell中用左键选中peakTestv;用鼠标中键(或右键)打开(open)view中的schematic.将会出现如下图所示的测试电路: 3 点击左当该模块四周出现一高亮黄色虚线框时,将鼠标置于图中peakDetectv模块上,3. . ,则模块四周线框变为白色实线框键选中该模块EditDesign-Hierarchy-Descend 设置Name将View ,,弹出Descend对话框4.选择: peakDetectv模块的电路图OK.为schematic,然后点击则出现

模拟运算电路

模拟电子技术 集成运算放大器的基本应用（Ⅰ）——模拟运算电路 实验报告容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验容、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。 【实验目的】 1.研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路 的功能。 2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 【实验仪器】 1、±12V直流电源； 2、函数信号发生器； 3、交流毫伏表； 4、直流电压表； 5、集成运算放大器μA741×1片； 6、电阻器、电容器若干。 【实验原理】 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。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、对数等模拟运算电路。 1、理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化。满足下列条件的运算放大器称为理想运放： 开环电压增益=∞ 输入阻抗=∞ 输出阻抗=0 带宽=∞ 失调与漂移均为零等。

理想运放在线性应用时的两个重要特性; （1）输出电压与输入电压之间满足关系式： =（） 由于=∞，而为有限值，因此，≈0。即，称为“虚短”。（2）由于=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。2、基本运算电路 (1)反相比例运算电路 电路如图7-1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： =- 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝ R1//RF。 (2)反相加法电路 电路如图7-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为： =-（）＝//// 图7-1反相比例运算电路图7-2反相加法运算电路 (3)同相比例运算电路 图7-3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为：

加减运算电路的设计及分析

实验2《电子技术》课程设计任务书 设计工作计划 本设计时间为2天，具体安排如下： 熟悉课设目标，查阅相关资料，对相关理论进行剖析：天 设计电路图，计算相关参数，根据电路图进行仿真与测量：1天 撰写报告：天

1. 实验原理 通常在分析运算电路时均设集成运方位理想运放，因而其输入端的净输入电压和净输入电流均为0，即具有“虚短路”和“虚断路”两个特点，这是分析运算电路输出电压和输入电压关系的基本出发点。 从对比例运算电路的分析可知，输出电压与同相输入信号电压极性相同，与反相输入端电压极性相反，因而如果多个信号同时作用于两个输入端，那么必然可以实现加减运算电路。 第一级电路实现加减运算，第二级电路通过运用反响比例运算电路来放大第一级的输出信号。 图（a ） 根据虚断iN=iP=0 （1） 虚短UN=UP （2） iN=（U1-UN ）/R1+（U2-UN ）/R2-（Uo1/Rf1-UN ） （3） iP=（U3-UP ）/R3 （4） 根据式（1）（2）（3）（4）可知，当满足R1//R2//Rf=R3时 Uo1=Rf1（U3/R3-U2/R2-U1/R1） OPAMP_3T_VIRTUAL Rf1100kΩ 图（b ）这是一个电压串联负反馈电路 根据电路分析可得U02=-Uo1*Rf2/R5 将两级电路连到一起，可得

U1 OPAMP_3T_VIRTUAL U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 50kΩ R2 50kΩ R3 40kΩ Rf1 100kΩ R5 40kΩ R6 20kΩ Rf2 40kΩ R4 40kΩ 代入各具体数值可得Uo2=（2Uo1+） 2.用软件的仿真结果 U1 OPAMP_3T_VIRTUAL U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 50kΩ R2 50kΩ R3 20kΩ Rf1 100kΩ R5 40kΩ R6 20kΩ Rf2 40kΩ XSC1 A B C D G T XFG1 XFG2 XFG3 实验结论 当U1=，U2=，U3=时，Uo2=，与仿真实验结果一样。