CMOS两级运放性能仿真实验报告

一：实验目的

1、复习CMOS运算放大器的电路结构及工作原理。

2、学习两级运放的性能仿真方法。

二：实验数据

电路图如下：

网表文件如下：

仿真结果：

三．思考题

1、观察图4.4，读出两级运放的放大倍数及输出电压摆幅。 答：A V 1 =

01.0*222.388.3-=11，输出摆幅：0.66v A V 2 =

01.0*215.06.4-= 222.5; 输出摆幅：4.45v

集成运放基本应用之一模拟运算电路

实验十二集成运放基本应用之模拟运算电路 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=x 输入阻抗n=x 输出阻抗r o=0 带宽f BW=x 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-即U + "U—，称为虚短” (2)由于「i=x,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 U。一割 R1

(a)同相比例运算电路 图5-3同相比例运算电路 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 I / F F o Ri 100K -CZ) ------------- + 12V I I? 100K -12V 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 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 U °=(1 空)U i R 2= R I /R F 当R i —E 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10K Q ， R F 太小起不到保护作用，太大 则影响跟随性。 Ui ------ + 12V9 + 12V? + 5 -- ° Rs ~ — [>8 + ■ + Ui a -----1—1— —+ (b)电压跟随器 图5-1反相比例运算电路图 JOK Ri Ri 100K 9 IK [RwJ 100K 1ODK. -12V Vfl

运放的应用实例和设计指南

1.1运放的典型设计和应用 1.1.1运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用 图电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计

如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为时，电阻R30为Ωk ,电流恒定输出。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。

模拟cmos集成电路设计实验

模拟cmos集成电路设计实验 实验要求： 设计一个单级放大器和一个两级运算放大器。单级放大器设计在课堂检查，两级运算放大器设计需要于学期结束前，提交一份实验报告。实验报告包括以下几部分内容： 1、电路结构分析及公式推导 （例如如何根据指标确定端口电压及宽长比） 2、电路设计步骤 3、仿真测试图 （需包含瞬态、直流和交流仿真图） 4、给出每个MOS管的宽长比 （做成表格形式，并在旁边附上电路图，与电路图一一对应） 5、实验心得和小结 单级放大器设计指标 两级放大器设计指标

实验操作步骤： a.安装Xmanager b.打开Xmanager中的Xstart

c.在Xstart中输入服务器地址、账号和密码 Host：202.38.81.119 Protocol: SSH Username/password: 学号（大写）/ 学号@567& （大写）Command : Linux type 2 然后点击run运行。会弹出xterm窗口。 修改密码

输入passwd，先输入当前密码，然后再输入两遍新密码。 注意密码不会显示出来。 d.设置服务器节点 用浏览器登陆http://202.38.81.119/ganglia/,查看机器负载情况，尽量选择负载轻的机器登陆，（注：mgt和rack01不要选取） 选择节点，在xterm中输入 ssh –X c01n?? (X为大写，??为节点名) 如选择13号节点，则输入ssh –X c01n13 e.文件夹管理 通常在主目录中，不同工艺库建立相应的文件夹，便于管理。本实验采用SMIC40nm工艺，所以在主目录新建SMIC40文件夹。 在xterm中，输入mkdir SMIC40 然后进入新建的SMIC40文件夹， 在xterm中，输入cd SMIC40.

CMOS反相器数电实验报告

1.实验目的 1.1了解Schematic设计环境 1.2掌握反相器电路原理图输入方法 1.3掌握逻辑符号创建方法 2实验原理 在Schematic设计环境中本实验所用的主要菜单有Tool、Design、Window、Edit、Add、Check、Sheet、Options等项。其中常用菜单有： Tool菜单提供设计工具以及辅助命令。比如，lab4、lab5所使用的仿真工具ADE，就在Tool下拉菜单中。 Window菜单中的各选项有调整窗口的辅助功能。比如，Zoom选项对窗口放大（Zoom in）与缩小（Zoom out），fit选项将窗口调整为居中，redraw选项为刷新。 Edit菜单实现具体的编辑功能，主要有取消操作（Undo）、重复操作（Redo）、拉伸（Stretch）、拷贝（copy）、移动（Move）、删除（Delete）、旋转（Rotate）、属性（Properties）、选择（Select）、查找（Search）等子菜单，在以下实验中将大量应用。 Add菜单用于添加编辑所需要的各种素材，比如元件（Instance）或输入输出端点（pin）等。 3实验步骤 3.1在ic5141中设计的管理以库的方式进行。库管理器中包含有设计使用的工艺库和ic5141软件提供的一些元件库。无论画电路图还是设计版图，都和建库有关，所以首先建立一个库文件，方法如下： CIW界面点击File菜单，出现下拉菜单，选命令File→New→Library，出现“New Library”对话框，填入合适的信息，如图1所示。

新建库后面还将用于版图绘制，选第二个选项，即“Attach to an existing techfile”,单击“OK”按钮，完成新库的建立。 3.2电路原理图输入 设计库建好后，就可以开始画电路原理图，具体过程如下。 建立设计原理图：在CIW中选菜单单项File→New→Cellview，出现“Create new File”对话框，如图所示填写、选择相应的选项，点击OK按钮，进入原理如编辑器。

cmos模拟集成电路设计实验报告

北京邮电大学 实验报告 实验题目：cmos模拟集成电路实验 姓名：何明枢 班级：2013211207 班内序号：19 学号：2013211007 指导老师：韩可 日期：2016 年 1 月16 日星期六

目录 实验一:共源级放大器性能分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验结果 (1) 四、实验结果分析 (3) 实验二:差分放大器设计 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验要求 (4) 三、实验原理 (4) 四、实验结果 (5) 五、思考题 (6) 实验三：电流源负载差分放大器设计 (7) 一、实验目的 (7) 二、实验内容 (7) 三、差分放大器的设计方法 (7) 四、实验原理 (7) 五、实验结果 (9) 六、实验分析 (10) 实验五：共源共栅电流镜设计 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验题目及要求 (11) 三、实验内容 (11) 四、实验原理 (11) 五、实验结果 (14) 六、电路工作状态分析 (15) 实验六：两级运算放大器设计 (17) 一、实验目的 (17) 二、实验要求 (17) 三、实验内容 (17) 四、实验原理 (21) 五、实验结果 (23) 六、思考题 (24) 七、实验结果分析 (24) 实验总结与体会 (26) 一、实验中遇到的的问题 (26) 二、实验体会 (26) 三、对课程的一些建议 (27)

实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验内容 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、实验电路图

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。

运放的应用实例和设计指南

1.1运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、 有源滤波器、 振荡器及电压比较器。 1）运放在有源滤波中的应用 图5.2有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦 -凯 电路，是巴特沃兹电路的一种） 让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将 R233和R230的阻值选一 致，C50和C201的容量大小选取一致（两级 RC 电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路） ，这 样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻 R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 2）运放在电压比较器中的应用 。有源滤波的好处是可以 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 +5VA +3.3V

图5.3电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器 LM393，将其转化为同频率的方波 信号（存在反相，让软件处理一下就可以） ，该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273 ）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是 R275，R275决定了方波的上升速度。 3）恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下: U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故 V1 V4； 由运算放大器的虚短原理，对于运放 U4A （上图中上边的运放）有： V3 V5； 而 V5 Vref-V4?R20R 20 R 21 V 4 ； 有以上等式组合运算得： V2 V1 Vref 当参考电压 Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6 k ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是： 所有的电阻都需要采用高精度 电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的 好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短 路时，不至于对恒流源电路造成损坏。 V3 V2 - 0 ? R 19 /R18 R 19 0; use TLC2272AIO

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 -=

基本运算放大器电路设计

基本运算放大器电路设计

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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 实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14 姓名** 专业电子信息工程 一、实验目的（详细指明输入输出） 1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计 2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差 不大于5% 3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2. 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。 我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。 由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行 2.5V 的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V 的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。

模拟CMOS集成电路设计课程设计实验报告(二级放大器的设计)

模拟CMOS集成电路设计课程设计报告 --------二级运算放大器的设计信息科学技术学院电子与科学技术系

一、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、设计任务： 设计一个二级运算放大器，使其满足下列设计指标： 工艺Smic40nm 电源电压 1.1v 负载100fF电容 增益20dB 至少40dB 3dB带宽20MHz 输入小信号幅度5uV 共模电平自己选取 输出共模电平自己选取 电路结构两级放大器 相位裕度60~70度 功耗无要求 三、电路分析： 1.电路结构：

最基本的二级运算放大器如下图所示，主要包括四部分：第一级放大电路、第二级放大电路、偏置电路和相位补偿电路。 2.电路描述： 输入级放大电路由PM2、PM0、PM1和NM0、NM1组成。PM0和PM1构成差分输入对，使用差分对可以有效地抑制共模信号干扰；NM0和NM1构成电流镜作为有源负载；PM2作为恒流源为放大器第一级提供恒定的偏置电流。 第二级放大电路由NM2和PM3构成。NM2为共源放大器；

PM3为恒流源作负载。 相位补偿电路由电阻R0和电容C0构成，跨接在第二级输入输出之间，构成RC米勒补偿。 此外从电流电压转换角度来看，PM0和PM1为第一级差分跨导级，将差分输入电压转换为差分电流。NM0和NM1为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压。NM2为第二级跨导级，将差分电压信号转换为电流，而PM3再次将电流信号转换成电压信号输出。 偏置电压由V0和V2给出。 3.静态特性 对第一级放大电路： 构成差分对的PM0和PM1完全对称，故有 G m1=g mp0=g mp1 (1) 第一级输出电阻 R out1=r op1||r on1 (2) 则第一级电压增益 A1=G m1Rout1=g mp0,1(r op1||r on1) (3) 对第二级放大电路： 电压增益 A2=G m2R out2= -g mn2(r on2||r op3) (4) 故总的直流开环电压增益 A0=A1A2= -g mp0,1g mn2(r op1||r on1)(r on2||r op3) (5)

实验课7 全差分运放的仿真方法

CMOS模拟集成电路 实验报告

实验课7 全差分运放的仿真方法 目标： 1、了解全差分运放的各项指标 2、掌握全差分运放各项指标的仿真方法,对全差分运放的各指标进行仿真，给出各指标的 仿真结果。 本次实验课使用的全差分运放 首先分析此电路图，全差分运算放大器是一种具有差分输入，差分输出结构的运算放大器。其相对于单端输出的放大器具有一些优势：因为当前的工艺尺寸在减少，所以供电的电源电压越来越小，所以在供电电压很小的情况下，单端输出很难理想工作，为了电路有很大的信号摆幅，采用类似上图的全差分运算放大器，其主要由主放大器和共模反馈环路组成。 1、开环增益的仿真 得到的仿真图为

1.开环增益：首先开环增益计算方法是低频工作时(<200Hz) ，运放开环放大倍数；通过仿真图截点可知增益为73.3db。 2.增益带宽积：随着频率的增大，A0会开始下降，A0下降至0dB 时的频率即为GBW，所以截取其对应增益为0的点即可得到其增益带宽积为1.03GB。 3.相位裕度：其计算方法为增益为0的时候对应的VP的纵坐标，如图即为-118，则其相位裕度为-118+180=62，而为保证运放工作的稳定性，当增益下降到0dB 时，相位的移动应小于180 度，一般取余量应大于60度，即相位的移动应小于120 度；所以得到的符合要求。 在做以上仿真的时候，关键步骤 在于设定VCMFB，为了得到大的增益，并且使相位裕度符合要求，一直在不停地改变VCMFB，最初只是0.93,0.94,0.95的变化，后来发现增益还是远远不能满足要求，只有精确到小数点后4为到5位才能得到大增益。 2.CMRR 的仿真 分析此题可得共模抑制比定义为差分增益和共模增益的比值，它反映了一个放大器对于共模信号和共模噪声的抑制能力。因此需要仿真共模增益和差分增益。可以利用两个放大器，一 个连成共模放大，一个连成差模放大，

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

CMOS数字集成电路设计_八位加法器实验报告

CMOS数字集成电路设计课程设计报告 学院：****** 专业：****** 班级：****** 姓名：Wang Ke qin 指导老师：****** 学号：****** 日期：2012-5-30

目录 一、设计要求 (1) 二、设计思路 (1) 三、电路设计与验证 (2) (一)1位全加器的电路设计与验证 (2) 1)原理图设计 (2) 2)生成符号图 (2) 3)建立测试激励源 (2) 4)测试电路 (3) 5)波形仿真 (4) (二)4位全加器的电路设计与验证 (4) 1)原理图设计 (4) 2)生成符号图 (5) 3)建立测试激励源 (5) 4)测试电路 (6) 5)波形仿真 (6) (三)8位全加器的电路设计与验证 (7) 1)原理图设计 (7) 2)生成符号图 (7) 3)测试激励源 (8) 4)测试电路 (8) 5)波形仿真 (9) 6)电路参数 (11) 四、版图设计与验证 (13) (一)1位全加器的版图设计与验证 (13) 1)1位全加器的版图设计 (13) 2)1位全加器的DRC规则验证 (14) 3)1位全加器的LVS验证 (14) 4)错误及解决办法 (14) (二)4位全加器的版图设计与验证 (15) 1)4位全加器的版图设计 (15) 2)4位全加器的DRC规则验证 (16) 3)4位全加器的LVS验证 (16) 4)错误及解决办法 (16) (三)8位全加器的版图设计与验证 (17) 1)8位全加器的版图设计 (17) 2)8位全加器的DRC规则验证 (17) 3)8位全加器的LVS验证 (18) 4)错误及解决办法 (18) 五、设计总结 (18)

运放的应用实例和设计指南

1.1 运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图5.2 有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用

图5.3 电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。

北邮模拟CMOS集成电路实验报告

模拟CMOS集成电路实验报告 专业： 班级： 姓名： 学号：

实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验要求 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、原理图

2、幅频特性曲线 3、相频特性曲线

四、实验结果分析 器件参数： NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，Rd=10K。 实验结果： 输入交流电源电压为1V，所得增益为12dB。 由仿真结果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91 dB 可见，实际增益大于理论增益。 补充：电阻改为1k后 实验二:差分放大器设计 一、实验目的 1.掌握差分放大器的设计方法； 2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。

二、实验要求 1. 确定放大电路；2.确定静态工作点Q ； 3.确定电路其他参数。 4.电压放大倍数大于20dB ，尽量增大GBW ，设计差分放大器； 5.对所设计电路调试； 6.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。 三、实验原理 平衡态下的小信号差动电压增益A V 为： β1= β2= β=μn C OX (W/L) 四、实验结果 W/L R 5 10 20 30 20K 14.3dB 15.6dB 16.8dB 17.3dB 30K 16.8dB 19dB 20.2dB 20.8dB 40K 20.1dB 20.9dB 21.7dB 22.4dB R 的增加，增益也增加。但从仿真特性曲线我们可以知道，这会限制带宽的特性，W/L 增大时，带宽会下降。为保证带宽， 选取W/L=5，R=40K 的情况下的数值，带宽约为1.18G ，可以符合系统的功能特性，实验结果见下图。 SS V SS D D I A =βI R =2β()R 2

CMOS模拟集成电路设计导论实验报告

CMOS模拟集成电路设计导论实验报告 PB05203094 2系赵占祥 一．实验题目 请设计一个运放，参数要求为： 增益：60-80dB 0dB带宽：200Mhz 相位裕度：60 负载：1p 功耗：15mw 二．实验目的 学习使用Cadence电路设计工具Virtuoso，从电路图的绘制及仿真，到版图绘制及仿真、验证。 三．实验步骤 1.原理 我先设计了一个标准两级运放，电路图为 1

该运放包括三部分： a)差分输入增益级 包括差分输入对管NM0，NM1和有源电流镜负载PM1，PM4。 2

差分结构对环境噪声有很强的抗干扰能力，另外增大了可得到的的最大输出电压摆幅。还有其他一些优势。 使用电流镜做有缘负载有三个好处： 1）在相对的、比较小的面积中，有缘负载可以得到比较大的输出阻 抗。 2）电流镜将差分输入信号转换为单端输出信号。 3）有助于共模抑制比CMRR的提高。 b)源跟随器 为PM3和NM4。 从NM0漏极输出的信号输入到这一级，并通过PM3放大，NM4是PM3的有源器件负载。 源跟随器有较大的输入阻抗，可以显著提高第一级放大的增益，减小信号电平损失，起到电压缓冲器的作用。 c)偏置电路 包括PM2，PM0，NM2，NM3。 几个管子构成了几何比例电流源，通过其宽长比来得到合适的电流值。 NM3漏极电流为差分对提供电流源。 电容C0是为了保证电路有足够的相位裕度，保证闭环负反馈系统的稳定而采用的密勒补偿结构。 2.仿真过程 1）设计并绘制电路图和测试电路图 在Virtuoso Schematic Editing中绘制电路图如下（先未加电容）： 3

集成运放组成的基本运算电路实验报告

实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师： 成绩： 实验名称：集成运放组成的基本运算电路实验实验类型：同组学生：一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（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.研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能； 2.掌握集成运算放大电路的三种输入方式。 3.了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题； 4.理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各项性能指标的影响； 5.学会用集成运算放大器实现波形变换 二、实验容和原理 1.实现两个信号的反相加法运算 2.输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值 3.实现单一信号同相比例运算(选做) 4.输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值，测量闭环传输特性：Vo = f (Vs) 5.实现两个信号的减法(差分)运算 6.输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值 7.实现积分运算(选做) 8.设置输出初态电压等于零；输入接固定直流电压，断开K2，进入积分；用示波器观察输出变化(如何设轴,Y轴和触发方式) 9.波形转换—方波转换成三角波 10.设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C 11.在T p<<τ、T p ≈τ、T p>>τ三种情况下加入方波信号，用示波器观察输出和输入波形，记录线性 三、主要仪器设备 1.集成运算电路实验板；通用运算放大器μA741、电阻电容等元器件； 2.MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表； 型可调式直流稳压稳流电源。

模电实验八集成运放基本应用之一模拟运算电路实验报告

实验八集成运放基本应用之一－－模拟运算电路 班级：姓名：学号： 2015.12.30 一、 实验目的 1、研究由集成运算放大电路组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2、了解运算放大电路在实际应用时应考虑的一些问题。 二、 实验仪器及器件 三、 实验原理 1、反相比例运算电路 电路如图8－1所示。 图8－1反相比例运算电路 2、反相加法电路 电路如图8－2所示。 图8－2 反相加法电路 )V R R V R R ( V i22 F i11F O +-= R 3═R 1// R 2// R F 3、同相比例运算电路 电路如图8－3(a)所示。 图8－3(a)同相比例运算电路图8－3(b) 电压跟随器 i 1 F O )V R R 1(V + =R 2═R 1// R F 当R 1→∞时，V O ═V i 即得到如图8－3(b)所示的电压跟随器。

4、差分放大电路（减法电路） 电路如图8－4所示。 图8－4 减法运算电路 5、积分运算电路 电路如图8－5所示。 图8－5 积分运算电路 如果v i(t)是幅值为E的阶跃电压，并设v c(0)═0，则 四、实验内容及实验步骤 实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。 1、反相比例运算电路 1）按图8－1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。 2）输入f= 100Hz，V i = 0.5V的正弦交流信号，测量相应的V o并用示波器观察v o和v i的相位关系，记入表8－1。 表8－1f= 100Hz，V i = 0.5V V i（V）V o（V）v i和v o波形A V 实测值计算值 0.175 －1.755 10.03 10.00 2、同相比例运算电路 1）按图8－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表8－2。 2)按图8－3(a)中的R1断开，得图8－3(b)电路重复内容1）。 表8－2f= 100Hz，V i = 0.5V V i（V）V o（V）v i和v o波形A V 实测值计算值

CMOS实验报告

模拟CMOS集成电路报告 实验一:共源级放大器性能分析 一、实验目的 1、掌握synopsys软件启动和电路原理图（schematic）设计输入方法； 2、掌握使用synopsys电路仿真软件custom designer对原理图进行电路特性仿真； 3、输入共源级放大器电路并对其进行DC、AC分析，绘制曲线； 4、深入理解共源级放大器的工作原理以及mos管参数的改变对放大器性能的影响 二、实验要求 1、启动synopsys，建立库及Cellview文件。 2、输入共源级放大器电路图。 3、设置仿真环境。 4、仿真并查看仿真结果，绘制曲线。 三、实验结果 1、电路图 1K电路图 10k电路图

2、幅频特性曲线1k 10k

四、实验结果分析 1k 器件参数：NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，Rd=1K。 实验结果：输入交流电源电压为1.2V，所得增益为12dB。 由仿真结果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91 dB 可见，实际增益大于理论增益

2k 器件参数：NMOS管的宽长比为10，栅源之间所接电容1pF，Rd=10K。 实验结果：输入交流电源电压为1V，所得增益为12dB。 由仿真结果有：gm=496u，R=10k，所以增益Av=496*10/1000=4.96=13.91 dB 可见，实际增益大于理论增益 实验二:差分放大器设计 一、实验目的 1.掌握差分放大器的设计方法； 2.掌握差分放大器的调试与性能指标的测试方法。 二、实验要求 1.确定放大电路； 2.确定静态工作点Q； 3.确定电路其他参数。 4.电压放大倍数大于20dB，尽量增大GBW，设计差分放大器； 5.对所设计电路调试； 6.对电路性能指标进行测试仿真，并对测量结果进行验算和误差分析。 三、设计原理

基本运算电路设计实验报告

实验报告 课程名称：电路与模拟电子技术实验 指导老师： 成绩： __________________ 实验名称： 基本运算电路设计 实验类型：______ _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 实验目的和要求 1. 掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2. 掌握基本运算电路的调试方法。 3. 学习集成运算放大器的实际应用。 二、实验内容和原理（仿真和实验结果放在一起） 1、反相加法运算电路： 1212 12121 2 =( ) f o I I f f f o I I I I I u u u R R R R R u u u R R ++=-=-+ 当R1=R2时， 121 () f o I I R u u u R =- +，输出电压与Ui1，Ui2之和成正 比，其比例系数为1f R R ，电阻R ’=R1//R2//Rf 。 2、减法器（差分放大电路） 专业：机械电子工程 姓名：许世飞 学号： 日期： 桌号：

11o I f u u u u R R ----= 由于虚短特性有：2 3 23 321231 1233211 11,() I f f o I I f f o I I f u u u R R R R R R u u u R R R R R R R R R u u u R R R -+== ?+?? =+ - ?+??===-=因此解得：时，有可见，当时，输出电压等于出入电压值差。 3、由积分电路将方波转化为三角波： 电路中电阻R2的接入是为了抑制由IIO 、VIO 所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。在t<<τ2（τ2=R2C ）的条件下，若vS 为常数，则vO 与t 将近似成线性关系。因此，当vS 为方波信号并满足Tp<<τ2时（Tp 为方波半个周期时间），则vO 将转变为三角波，且方波的周期越小，三角波的线性越好，但三角波的幅度将随之减小。 4 、同相比例计算电压运算特性：