两级CMOS运算放大器的设计与spectrum仿真

LAB2 两级CMOS 运算放大器的设计

V SS

vout

iref

图 1两级CMOS 运算放大器

一：基本目标：

参照《CMOS 模拟集成电路设计第二版》p223.例6.3-1设计一个CMOS 两级放大器，满足以下指标：

5000/(74)v A V V db = 2.5DD V V = 2.5SS V V =-

5GB MHz = 10L C pF = 10/SR V s μ>

out V V ±范围=2 1~2ICMR V =- 2diss P mW ≤

相位裕度：60

为什么要使用两级放大器，两级放大器的优点：

单级放大器输出对管产生的小信号电流直接流过输出阻抗，因此单级电路增益被抑制在输出对管的跨导与输出阻抗的乘积。在单级放大器中，增益是与输出摆幅是相矛盾的。要想得到大的增益我们可以采用共源共栅结构来极大地提高输出阻抗的值，但是共源共栅结构中堆叠的MOS 管不可避免地减少了输出电压的范围。因为多一层管子就要至少多增加一个管子的过驱动电压。这样在共源共栅结构的增益与输出电压范围相矛盾。为了缓解这种矛盾引进了两级运放，在两极运放中将这两点各在不同级实现。如本文讨论的两级运放，大的增益靠第一级与第二级相级联而组成，而大的输出电压范围靠第二级这个共源放大器来获得。

表1 典型的无缓冲CMOS 运算放大器特性

二：两级放大电路的电路分析：

图1中有多个电流镜结构，M5,M8组成电流镜，流过M1的电流与流过M2电流

1,23,45/2d d d I I I ==，同时M3，M4组成电流镜结构，如果M3和M4管对称，那么相同的

结构使得在x ，y 两点的电压在Vin 的共模输入范围内不随着Vin 的变化而变化，为第二极放大器提供了恒定的电压和电流。图1所示，Cc 为引入的米勒补偿电容。

表2 0.5m μ工艺库提供的模型参数

表3 一些常用的物理常数

利用表2、表3中的参数

/OX ox ox C t ε=

0ox

K C μ'=

计算得到

2110/N

K A V μ'? 262/P

K A V μ'? 第一级差分放大器的电压增益为：

1

124

m v ds ds g A g g -=

+ （1）

第二极共源放大器的电压增益为

6

267

m v ds ds g A g g -=

+ （2）

所以二级放大器的总的电压增益为

1626

1224675246672()()

m m m m v v v ds ds ds ds g g g g A A A g g g g I I λλλλ==

=++++ （3）

相位裕量有

111121

180tan (

)tan ()tan ()60M GB GB GB p p z ---Φ=±---=

要求60°的相位裕量，假设RHP 零点高于10GB 以上

11102

tan ()tan (

)tan (0.1)120v GB

A p ---++= 102

tan (

)24.3GB

p -= 所以2 2.2p GB ≥ 即

622.2()m m L c

g g

C C > 由于要求60的相位裕量，所以

626210()10m m m m c c

g g

g g C C >?> 可得到 2.20.2210

L

c L C C C >

==2.2pF 因此由补偿电容最小值2.2pF ，为了获得足够的相位裕量我们可以选定Cc=3pF 考虑共模输入范围：

在最大输入情况下，考虑M1处在饱和区，有

3131(max)(max)DD SG n IC n TN IC DD SG TN V V V V V V V V V V --≥--?≤-+ （4）

在最小输入情况下，考虑M5处在饱和区，有

1515(min)(min)IC SS GS Dsat IC SS GS Dsat V V V V V V V V --≥?≤++ （5）

而电路的一些基本指标有

1

1m v C

g p A C =-

（6） 6

2m L

g p C =-

（7） 6

1m C

g z C =

（8） 1

m C

g GB C =

（9） CMR:

正的

CMR in

31()()DD T T V V V +（最大）=V 最大最小 (10)

负的

CMR in

15()()SS T DS V V V ++（最小）=V 最大饱和

(12)

由电路的压摆率5

d C

I SR C =

得到 5d I =(3*10-12)()10*106)=30μA(为了一定的裕度，我们取40iref A μ=。)则可以得到，1,23,45/220d d d I I I A μ===

下面用ICMR 的要求计算(W/L)3

53'2

331(

)()[]DD SG TN I W

L K V V V =-+?11/1 所以有3()W

L

=4()W L =11/1

由1m C

g GB C =

，GB=5MHz ，我们可以得到612

1510231094.2m g s πμ-=????= 即可以得到2m1

12'

1

g (/)(/)2/12N W L W L K I ==? 用负ICMR 公式计算5Dsat V 由式（12）我们可以得到下式

15(min)IC SS GS Dsat V V V V =++

如果5DS V 的值小于100mv ，可能要求相当大的5(/)W L ，如果5Dsat V 小于0，则ICMR 的设计要求则可能太过苛刻，因此，我们可以减小5I 或者增大5(/)W L 来解决这个问题，我们为了留一定的余度我们(min)IC V 等于-1.1V 为下限值进行计算

1

5

2

511

(min)Dsat IC TN SS I V V V V β=---（

）

则可以得到的5Dsat V 进而推出

555'2

552(/)()Dsat S W L K V ==

（I ）

11/1?

即有58(/)(/)11/1W L W L =?

为了得到60°的相位裕量，6m g 的值近似起码是输入级跨导1m g 的10倍（allen 书p.211例6.2-1），我们设6110942m m g g s μ==，为了达到第一级电流镜负载（M3和M4）的正确镜像，要求46SG SG V V =，图中x ，y 点电位相同

我们可以得到6

64

4

(/)(/)64/1m m g W L W L g ==

进而由6m g 我们可以得到直流电流 22

m6m6

67

''6666

g g 113.72(/)2d d I I A K W L K S μ==== 同样由电流镜原理，我们可以得到

7

755

(/)(/)32/1d d I W L W L I =

= 三：指标的仿真和测量

电路基本元件的spice 网表

.lib'c:\synopsys\h05mixddst02v231.lib' tt m1 x vin vn vss mn w=2u l=1u m2 y vin vn vss mn w=2u l=1u m3 x x vdd vdd mp w=11u l=1u m4 y x vdd vdd mp w=11u l=1u m5 vn 3 vss vss mn w=11u l=1u m6 vout y vdd vdd mp w=64u l=1u m7 vout 3 vss vss mn w=32u l=1u m8 3 3 vss vss mn w=11u l=1u Iref vdd 3 40u Vdd vdd 0 dc 2.5 Vss vss 0 dc -2.5 Vin vin 0 dc 0 .end 1、DC 分析

图2 VOUT 、M5管电流、M7管电流、Vx 与Vy 与输入共模电压变化的关系 1.1 Vss

M1,M2,M3,M4工作在截止区。由于管子宽长比的设定而使得M1,M2,M3,M4都工作截止区时V （x ），V （y ）点的的电压大约在1.95v 左右，因此M6的V sg 小于其阈值电压，M6处于截止状态。此时M5,M7的Vgs 相等为定值，即为M8与电流源内阻的分压，且大于其阈值电压，故M5,M6管子应当处于饱和或者线性区，而此时Vss 的电流接近40u ，即接近Iref ，所以M5，M7管子电流接近0，因此我们可以得到M5,M7管都处于线性区。 1.2 Vin> Vth+Vss

M3，M4工作在饱和区。而由于此时电流不是很大，导致SG 3,4V 不是很大，这样导致Vx 的电压还是比较高，所以M1，M2工作在饱和区。M5由于这个时候的电流不很大，仍然工作在线性区。即这时M1,M2,M3,M4都工作在饱和区，M5工作在线性区. M6会随着Vx 电压的下降而导通。而刚开始导通时，V out 的比较小(这是由于M7管此时仍然处于线性区，

DS7V 较小)，SD6V 比较大而使得M6管工作在饱和区。

随着Vin 的进一步的增大，M5的电流增大，M5的漏极电压也随着增大，最后一直到M1,M2,M3,M4，M5都工作在了饱和区。而此时Vy 的电压变得恒定了。

2、测量输入共模范围

运算放大器常采用如图3所示的单位增益结构来仿真运放的输入共模电压范围，即把运放的输出端和反相输入端相连，同相输入端加直流扫描电压，从负电源扫描到正电源。得到的仿真结果如图3所示（利用MOS管的GD极性相反来判断放大器的同相端与反相端）

V

IN

V DD

V SS

I DD

I SS

C L

V OUT

图3 测量共模输入范围的原理图

图4 测量共模输入范围的电路图

图5 运放的输入共模电压范围

从图中可以得到输入共模范围满足设计指标(-1V~2V)

3、测量输出电压范围

在单位增益结构中，传输曲线的线性收到ICMR限制。若采用高增益结构，传输曲线的线性部分与放大器输出电压摆幅一致，图6为反相增益为10的结构，通过R L的电流会对输出电压摆幅产生很大的影响，要注意对其的选取，这里我们选取R L=50KΩ，R=60KΩ.图8为输出电压范围

V

IN

V DD

V SS

C L

V OUT

10R

R

RL

图6 测量输出电压范围的原理图

图7 测量输出电压范围的电路图

图8 输出电压的范围

可以看出输出电压摆率大概在-2V~2V之间，基本满足要求

4、测量增益与相位裕度

相位裕度是电路设计中的一个非常重要的指标，用于衡量负反馈系统的稳定性，并能用来预测闭环系统阶跃响应的过冲，定义为：运放增益的相位在增益交点频率时（增益幅值等1的频率点为增益交点），与-180°相位的差值。

图9 测量增益与相位裕度的原理图

（a）

（b）

图10 运放的交流小信号分析

从图中看出，相位裕度63°，增益66dB，增益指标未达到，单位增益带宽仅有4GB左右

5、电路存在的问题与解决

1、共模输入范围的下限可以进一步提高。这时我们观察计算过程发现它主要由M5管来确定。为了能够使范围下限更小，我们加大M5管宽长比，以降低M5管的饱和电压 ，这样M7和M8的宽长比也要按比例往上调。当（W/L=50/1）可以实现指标。此时

7(/)144/1W L =、85(/)(/)50/1W L W L == 。这样输入共模范围指标就提高了。

2、6m g 并不足够大，需要加大M6管的宽长比来实现。以保证6m g 能够尽可能的大于

110m g ，从而实现良好的相位裕度。可以通过加大M7管来加大电流以达到增加6m g 的目的。

当然，也可以增加M6管的宽长比来实现。同时单位增益带宽过低，可以通过提高1m g 来实现提高GB 值，但是注意给6m g 带来的负面影响。

3、增益不够大，只有66dB 多点。关于这一点，根据表达式，我们有几种解决的方案：一种是可以加大M1和M6管来加大宽长比，以加大1m g 和6m g ；另一种，可以加大M1、M

4、M6、M7中的管子的沟道长度（宽和长同比例增加），来增加各级的输出电阻。但是同比例增加M4管宽和长要注意第三极点的位置（在x 点处存在镜像极点），宽和长的同比例增加会使得镜像极点位置减小，这是因为管子的面积增大使得寄生电容加大。另外，我们还可以减小M7管宽长比，以减小7d I 来提高增益。

需要解决的问题，我们需要加大M6的宽长比（对以上三个方面都有正向作用），但是仅仅加大M6的宽长比，对于增益方面还不够，还需要加大M1宽长比，使得1m g 增加，使得GB 值的问题也得到解决。

综合以上问题的分析，我们加大M6的宽长比（1，2，3），加大M7管宽长比（3），同比例加大M1、M2、M3、M4、M6管的宽和长（3），最终我们得到：

表4 运放中功率管的计算值与仿真值

6、修改电路后的AC分析

在共模输入电压分别为-1V和+2V以及0V的条件下做交流小信号分析，得到低频小信号开环电压增益的幅频与相频特性曲线，如图11~图13

图11 dc=0V时的小信号仿真，增益为80.91 dB

图12 dc=2V时的小信号仿真，增益为73.12 dB

图11 dc= -1V时的小信号仿真，增益为73.21dB

表5 三种共模输入电压下的运放小信号分析

7、电源电压抑制比测试

因为在实际使用中的电源也含有纹波，在运算放大器的输出中引入很大的噪声，为了有效抑制电源噪声对输出信号的影响，需要了解电源上的噪声是如何体现在运算放大器的输出端的。把从运放输入到输出的差模增益除以差模输入为0时电源纹波到输出的增益定义为运算放大器的电源抑制比，式中的vdd=0，vin=0指电压源和输入电压的交流小信号为0，而不是指它们的直流电平。需要注意的是，电路仿真时，认为MOS 管都是完全一致的，没有考虑制造时MOS 管的失配情况，因此仿真得到的PSRR 都要比实际测量时好，因此在设计时要留有余量。

0===

vin DD

vdd V A A PSRR （13）

Vdd

图12 电源抑制比的原理图

图13 正负PSRR 的测试结果

我们可以计算出低频下正电源抑制比（PSRR+）为83.24dB ，负电源抑制比为（PSRR-）为83.24dB 。

8、运放转换速率和建立时间分析

转换速率是指输出端电压变化的极限，它由所能提供的对电容充放电的最大电流决定。一般来说，摆率不受输出级限制，而是由第一级的源/漏电流容量决定。建立时间是运算放大器受到小信号激励时输出达到稳定值(在预定的容差范围内)所需的时间。较长的建立时间意味着模拟信号处理速率将降低。

为了测量转换速率和建立时间，将运算放大器输出端与反相输入端相连，如图14所示，输出端接10pF 电容，同相输入端加高、低电平分别为+2.5V 和-2.5V ，周期为10μs 无时间延迟的方波脉冲。因为单位增益结构的反馈最大，从而导致最大的环路增益，所以能用做最坏情况测量，因此采用这种结构来测量转换速率和建立时间。得到的仿真图如16。由图16可以看出，建立时间约为0.5μs ，在图中波形的上升或下降期间，由波形的斜率可以确定摆率。经计算得，上升沿的转换速率SR+为11.6 V/us ，下降沿的转换速率SR-为10.5 V/us 。

V V DD

V SS

I DD

C L

V OUT

图14 摆率和建立时间的测量方法

图15 测量摆率和建立时间的电路图

图16 摆率与建立时间

9、CMRR 的频率响应测量

差动放大器的一个重要特性就是其对共模扰动影响的抑制能力，实际上，运算放大器既

不能是完全对称的，电流源的输出阻抗也不可能是无穷大的，因此共模输入的变化会引起电压的变化，OUT v ,CM IN v ,是指共模输出端和共模输入端的交流小信号，而不是它们的直流偏置电压。绘制电路图时，无法体现由于制造产生的不对称性，因此采用保留余量的方法。注意，同相反相端加入相同的小信号电压Vcm 。

CM

v

A A

CMRR =

,CM IN OUT CM v v A ,= (14)

VDD

VSS

Vcm

Vcm

Vout

图17 测试CMRR 的原理图

图17 放大器的CMRR 的频率响应曲线

从图中可以从得到电路的共模抑制比为81.5dB。在100KHz以下CMRR是相当大的。可以看出，PSRR在高频处开始退化，这也是两级无缓冲运算放大器的缺点。

四、总结

本次课程主要讲解了一个简单二级运放设计流程，参照了ALLEN书上的例子和仿真方法。主要目的是通过对基本运放模块的仿真分析，提高大家分析电路和使用工具软件的能力。还有一些分析优化工作没有做，在上面的电路补偿方面我们利用的是米勒补偿。通过对它相频曲线的仿真发现， 3db带宽很小仅有500Hz左右。补偿电阻的引入，可以使得主极点更加接近原点。为了拓宽3db带宽。应该使用调零补偿。希望大家课后将调零补偿再做一下。

附表6 设计指标与仿真结果

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

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

三极管二级放大集负反馈电路 实验报告 课程设计

创新实验项目报告书 实验名称两级放大器及负反馈电路日期2010-12-13 姓名专业通信，电子 一、实验目的（详细指明输入输出） 1、深入研究三极管两级放大器及负反馈电路的工作原理，相关参数的测量方法。 2、设计一个基于通用三极管两级放大器及负反馈电路，要求能够实现不失真稳定的放 大，频率范围为几十Hz到几千Hz，放大能力为几十倍到几百倍，研究负反馈对放大器性能的影响及输入输出电阻测量。 3、查询有关三极管两级放大器及负反馈电路的资料，筛选方案，再按照拟订的实验方 案制作作品，包括硬件制作和测量电路设计，再调试制作好的作品并做数据记录，进行分析。 二、实验原理 多级放大与电压串联负反馈电路 电路工作原理： 当J1开路时，电路中不存在级间负反馈，整个电路是由两个单级共射放大电路组成。晶体管发射极的电阻由两部分组成。其中并联有电容器的电阻（R1，R E22）引入直流负反馈，用来稳定每个管的静态工作点；未并联电容的电阻（R E1，R E22）引入的反馈是 交、直流电流串联负反馈，使放大倍数稳定，输入、输出电阻增大。 计算公式： 第一级静态工作点：

) () )(1('111111 1111111E C CQ CEQ BQ CQ E B BEQ BQ R R R I VCC U I I R R R U VCC I ++-==+++-= ββ 式中：R B1’ =R B1＋RW1 第二级静态工作点： ) (2221222 22 21222222122 2 E E C CQ CEQ E E BEQ B EQ CQ B B B B R R R I VC C U R R U U I I R R R VCC U ++-=+-= ≈+? = 开环交流参数： ()[] ) () ()1(1//2 1' 总放大倍数单级放大倍数 u u uu E be L u c o E be B i A A A R r R A R R R r R R ?=++- =≈++=βββ 式中：R B =R B1+RW1 （第一级） 或 R B =R B21//R B22 （第二级） R E =R E1 （第一级） 或 R E =R E21（第二级） R L ’=R C1//R i2 （第一级） 或 R L ’=R C2//R L （第二级） ① 连接J1 ，由R14引入交流电压串联负反馈。 判断方法： 该反馈经C 3隔直之后引出，无直流信号反馈，所以是交流反馈； 用瞬时极性法判别是负反馈； U f 取自U o 端，是电压反馈； U f 与U i 不在输入级的同一点迭加，是串联反馈。

折叠式共源共栅运算放大器设计

折叠式共源共栅运算放大器

目录 一．摘要 (2) 二．电路设计指标 (3) 三．电路结构 (3) 四．手工计算 (7) 五．仿真验证 (10) 六．结论 (12) 七．收获与感悟 (12) 八．参考文献 (13)

摘要 运算放大器在现代科技的各个领域得到了广泛的应用，针对不同的应用领域出现了不同类型的运放。本文完成了一个由pmos作输入的放大器。vdd为3.3v，负载电容为1pf，增益Av 大于80dB，带宽GBM大于100MHz的放大器。输出级采用共源级结构以提高输出摆幅及驱动能力，为达到较宽的带宽，本文详细分析推导了电路所存在的极零点，共源共栅镜像电流源产生Ibias。选择P沟道晶体管的宽度和长度，使得它们的m g 和ds r 与N沟道晶体管的情况相匹配。 关键字：运算放大器、共源共栅级、极点 Abstract Operation amplifiers are widely used in many field s nowadays。All kinds of differential operation amplifiers appear f6r special application．One basic cell of which is fully differential operation amplifiers is designed in the thesis．Power Supply 3.3v，load capacitor 1pf，Gain＞80dB，GBM＞100MHz。The output stage is common source amplifier for getting proper DC operation point，for the purpose of wider bandwidth，we carefully analysis the pole and zero in the circuit ，use common source common gate as current Ibias。Choose pmos w/l to make their mg and dsr which can match with nmos。 Kay words：Operation amplifiers、common source common gate、pole

两级放大电路的设计(参考版)

设计指标： A V >250，R i ≥10kΩ，R L =5.1kΩ， BW=50Hz~50kHz ，D<5% 。 设计条件： 输入信号（正弦信号）：2mV≤V i ≤5mV ，信号源内阻：R s =50Ω，电源电压：V CC =12V ； 半导体三极管9013，参数：β=100，r bb ’=300Ω，C μ=5pF ，f T =150MHz ，3V≤V CC ≤20V ， P CM =625mW ，I CM =500mA ，V (BR)CEO =40V 。 1．电路选型： 小信号放大电路选用如图1所示两级阻容耦合放大电路，偏置电路采用射极偏置方式，为了提高输入电阻及减小失真，满足失真度D<5%的要求，各级射极引入了交流串联负反馈电阻。 2．指标分配： 要求A V >250，设计计算取A V =300，其中T 1级A V1=12，A V2=25；R i ≥10kΩ要求较高，一般，T 1级需引入交流串联负反馈。 3．半导体器件的选定 指标中，对电路噪声没有特别要求，无需选低噪声管；电路为小信号放大，上限频率f H =50kHz ，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN 型管9013，取β=100。 4．各级静态工作点设定 动态范围估算：T 1级：im1imax V1252mV, 12,V V A === om1V1im1125284mV V A V ==?=。 T 2级：im2om1V284mV , 25V V A ===， om2V2im22584 2.1V V A V ==?=。

为避免饱和失真，应选：CEQ om CE(sat)C V V ≥+ ；可见 T 1级V CEQ1可选小些，T 2级V CEQ2可选大些。 CQ CQ CM CEQ CM T T I I I I I ≥+12取值考虑：设定主要根据，由于小信号电压放大电路较小； 另从减小噪声及降低直流功率损耗出发，、工作电流应选小些。 T 1级静态工作点确定： T CQ1 T CQ1T CQ1CQ1CQ1BQ1CEQ13k Ω, ',100'30026mV ' 10026 0.963mA 3000300 0.7mA 0.07mA , V 2V>0.12V V r r r I V I r V r r I I I I ββββ ≥=+= ===-?≤ =-====be1be1bb bb be1bb 取依可推得其中，，可求得选， T 2级静态工作点确定： 一般应取CQ2CQ1I I > ，CEQ2CEQ1V V > 选 ：CQ2 CQ2BQ2CEQ21.2mA , 0.012mA , V 4V>3V I I I β == == 5．偏置电路设计计算（设BEQ 0.7V V =） T 1级偏置电路计算： Rb1BQ1BQ1CC 10100.0070.07mA 11 124V 33I I V V ==?===?=取 故：CC BQ1 b1b1 124 114.286k Ω0.07 V V R I --= = = 取标称值120 kΩ 22Rb1b1b110.071200.588mW

采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计

目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)

采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端

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)

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。

模电设计多级放大器

前言 (2) 第一章放大器的概述 (2) 1.1多级放大器的功能 (2) 1.2.2设计任务及目标 (2) 1.2.3主要参考元器件 (3) 第二章电路设计原理与单元模块 (3) 2.1设计原理 (3) 2.2设计方案 (4) 2.3单元模块 (6) 第三章安装与调试 (6) 3.1电路的安装 (6) 3.2电路的调试 (7) 第四章实验体会 (7) 结论 (7) 致谢 (7) 参考文献 (8) 附录 (8)

前言 电子技术电路课程设计是从理论到实践的一个重要步骤，通过这个步骤使我们的动手能力有了质的提高，也使我们对电路设计理念的认识有了质的飞跃。本课程设计是对放大器对电压放大的基本应用，我们设计的二级低频阻容耦合放大器严格按照实验要求设计，能够充分满足的电压放大倍数、频带宽、输入输出电阻等实验要求的性能参数，这次课程设计让我们了解了类似产品的内部原理结构。设计时我和搭档设计了二级三极管放大电路、可变放大倍数的二级运算放大器电路等多种方案，由于考虑到器材的限制，我们最终采用了最为简洁的两级运算放大器电路，实现了用最少的元器件实现要求功能。 第一章放大器的概述 1.1多级放大器的功能 随着科技的进步，电子通讯产品越来越多的进入人们视野，小到耳机手机收音机，大到大型雷达都要利用到信号放大器，可以说信号放大器是现代通讯设备的核心器件之一，而多级放大器又是一级放大器的推广，可以克服单级放大器放大倍数不够等诸多问题。耦合形式多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。 直接耦合——耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。 直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。 电抗性元件耦合——级间采用电容或变压器耦合。 电抗性元件耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。 零点漂移是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参 数的变化往往由相应的指标来衡量。一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。 本设计主要完成：实验要求电压放大倍数大于100倍，实际参数200倍，频带要求为：30Hz~30KHz，实际参数20Hz~150KHz，要求输入电阻大于20千欧，实际为23千欧，要求输出电阻均低于10欧，实际为8欧。 1.2设计任务及要求1.2.1基本要求（1）电压放大倍数大于100倍；（2）电路的频带为：30Hz~30KHz；（3）输出电阻大于20千欧； (4)输出电阻小于10欧； 1.2.2设计任务及目标 （1）综合运用相关课程所学到的理论知识去独立完成课题设计；

可编程仪器放大器设计

可编程仪器放大器设计 ——低频电子线路课程设计实验报告 一．实验概述 采用通用运放LM324设计和模拟开关CD4051构成一个可编程增益放大器，其中放大器由仪器放大器（测量放大器）构成，增益控制部分由CD4051模拟开关和电阻构成。 二．技术指标 1.电压放大倍数：1.、2、4、8、16五档可控。 2.输入电阻：Ri>=100KΩ。 3.输入信号电压：正弦波，有效值50mv。 4.电源电压：±12v范围内可任选。 三．实验仪器 1．熟悉电路的工作原理。 2．根据技术指标通过分析计算确定电路行驶和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 4．计算机仿真。 四．实验仪器 函数信号发生器、数字万用表、交流电压表、直流稳压源、LM324芯片、CD4051芯片、面包板、导线、电阻。 五．设计原理 1．模拟开关CD4051芯片 1）芯片管脚 CD4051芯片引脚图 2）芯片原理 CD4051芯片在电路中起模拟开关的作用，在电路中通过对开关A到G的控制实现对输入信号不同倍数的放大。 CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。C、B、A依次为高、中、低位，控制X0到X7的输出。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信

号的逻辑状态无关。当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。 3 2．放大电路LM324 1）芯片管脚 LM324芯片引脚图 2）芯片原理 LM324是一个四运算放大器。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。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一个放大器有5个引出脚，其中“+”、“-”为

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.

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: 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 i o V R R V 12-=i R o V R R V R R V 1 212)1(-+=

压输入输出波形图 同相比例放大电路 输入输出关系: 输入电阻: Ri=∞ 输出电阻: Ro=0 同相比例放大电路仿真电路图 i o V R R V )1(12+=R o V R R V R R V 1 2i 12)1(-+ =

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。 （2）输入f=1kHz、ui=100mV的正弦交流信号，测量相应的uo，

实验一-仪器放大器设计与仿真

南昌大学实验报告 学生姓名：刘 阳 学 号: 6110116158 专业班级： 电子165 实验类型： □验证 □综合 ■设计 □创新实验日期：12.22实验成绩： 实验八仪器放大器设计与仿真 一、实验目的 1、掌握仪器放大器的设计方法 2、理解仪器放大器对共模信号的抑制能力 3、熟悉仪器放大器的调试功能 4、掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法，如示波器，信号发生器等虚拟仪器的使用 二、实验原理 下图是由三个集成运放构成的仪器放大器电路。其中，集成运放U2C 组成减法电路，即差值放大器，集成运放U2A 和U2B 各对其相应的信号源组成对称的同相放大器，且645321R R R R R R ===，，。

由于v -→v +，因而加在RG （即R7)两端的电压为 ，相应通过RG 的电流G l l G R v v i 21-=，由于-i 0，因而 当R 3=R 2=R 时， 对于U2C 而言，U2B 加在反相输入端，U2A 加在同相输入端，利用叠加原理，合成的输出电压： 25 4134o -o o v R R v R R v += 由于R3=R5,R4=R6,因而 仪器放大器的差模电压增益： 因此改变电阻的值可以改变仪器放大器的差值电压增益，此仪器放大器的增益是负的，要使增益为正的，则可在输出时加一个反相器，即可得到增益为正的仪器放大器。 三、实验器材 Multisim 虚拟仪器中的函数发生器、运算放大器、示波器。 四、实验内容 1、采用运算放大器设计并构建一起放大器： （1）输入信号u i ＝2sinwt(mV)时，要求输出电压信号u o ＝0.4sinwt(V)， A vd =200，f=1kHZ ； （2）输入阻抗要求R i >1M Ω。 2、用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器，按设计指标进行调试。 主要虚拟仪器中的函数发生器、运算放大器、示波器。

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：

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

三极管两级放大器设计

三极管两级放大器设计-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

方案分析： 两级放大的参数选取能在不失真的情况下尽可能的放大小信号，所以，两级放大的参数极为重要。 电路分析： 图4-1 三极管两级放大器 静态工作点：由公式653165211))(1(R R R U R R R U V I BE BE cc b ++-+++-=β；1111)1(,b e b c I I I I ββ+==；)(651411R R I R I V U e c cc ce +--= ；可求出Q1的静态工作点，即Ube1等于7V ，由于Q1和Q2间是电容耦合，所以两个晶体管的静态工作点不相互影响，由公式1110821110722))(1(R R R U R R R U V I be be cc b ++-+++-=β2222)1(,b e b c I I I I ββ+==；)(11102922R R I R I V U e c cc ce +--=可算出Q2的静态工作点Ube2为6V 。图中的电容C2，C4，C6均为滤波电容，画出微变等效电路，电容相当于短路， 图4-2 微变等效电路 所以电容C9和C10的作用就提高放大倍数， 1029514)//(R r R R R r R U U A be L be i o +?+== ββ， 如果电路接入RL ，则放大倍数会减小。

Multisim仿真： 仿真图： 图4-3 两级放大nultisim仿真 图4-4 5mV 1kHz 函数发生器图4-5 交流电流表 图4-6 Ic1电流值图4-7 Uce1电压值

单管放大器的设计与仿真及误差分析

课程设计报告 题目：单管放大器的设计与仿真 学生姓名： 学生学号： 系别： 专业：电子信息工程 届别： 指导教师： 电气信息工程学院制 2013年3月

淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告 目录 引言……………………………………………………………1任务与要求…………………………………………………2系统方案制定………………………………………………3系统方案设计与实现………………………………………4系统仿真和调试……………………………………………5数据分析……………………………………………………6总结…………………………………………………………7参考文献……………………………………………………8附录………………………………………………………… 第1 页

单管放大器的设计与仿真 学生: 指导教师： 电气信息工程学院电子信息工程专业 引言：放大现象存在于各种场合中，例如，利用放大镜放大微小的物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。而作为电子电路中的放大晶体管放大器是放大电路的基础【1】，也是模拟电子技术、电工电子技术等课程的经典实验项目，实验内容涉及方面广泛。本文已常见的作为集成运放电路的中间级的共射放大电路为讨论对象，一方面，对具体包括模拟电路的一般设计步骤、单管共射放大电路设计方案的拟定、静态工作点的设置与电路元件参数的选取、放大电路性能指标的测量、稳定静态工作点的措施等做阐述。本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。介绍模拟电子电路的一般设计方法和思路，以及Multsim 和Matlab软件的一些基本操作和仿真功能。

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

三极管放大电路设计,参数计算及静态工作点设置方法

三极管放大电路设计，参数计算及静态工作点设置方法 说一下掌握三极管放大电路计算的一些技巧 放大电路的核心元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种 类较多，我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路，一般我们对放大路要掌握些什么内容？ ⑴ 分析电路中各元件的作用； (2) 解放大电路的放大原理； (3) 能分析计算电路的静态工作点； (4) 理解静态工作点的设置目的和方法。 图1中,C1,C2为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变因，输出端的 电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说 明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻，什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中，第一条件是要求要稳定，所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就象是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三 种工作状态“：载止、饱和、放大”就由直流偏置决定，在图1中，也就是由R1、R2来决定了。 首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态，简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别，Uce接近于电源电压VCC，则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，Ic电流较小(大约为零)，所以R2由于没有电流流过，电压接近0V，所以Uce就接近于电源电压VCG 若Uce接近于0V,则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说,Ic电流达到了最大值，就算I b增大，它也不能再增大了。 以上两种状态我们一般称为开关状态，除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC,则三极管趋向于载止状态，若测Uce偏向0V,则三极管趋向于饱和状态。 理解静态工作点的设置目的和方法 放大电路，就是将输入信号放大后输出，(一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这 讨论内)。先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大 小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于