2 运算放大电路
实验二 信号放大电路实验（测控电路实验指导书）
实验二 信号放大电路实验一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能；2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理 集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高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，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。
理想运算放大器的特性：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（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。
表2-1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O U 与输入电压之间满足关系式：)U U (U ud O -+-A = ，而O U 为有限值，因此，0U U ≈--+，即-+≈U U ，称为“虚短”。
（2）由于∞=i r ，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
以上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。
1、基本放大电路： 1）反向比例放大器电路如图2-1所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO U R R U -=，为了减少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F 12R //R R =图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器 2）同相比例放大器电路如图2-2所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO )U R R 1(U += ，其中F 12R //R R =。
当∞→1R 时，i O U U =，即得到如图2-3所示的电压跟随器。
3）电压跟随器电路如图2-3所示。
对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i O U U =，图中F 1R R =，用以减少漂移和起保护作用。
运算放大器
b、vn=vf=R1vo/(R1+R2)作用在反相输入端“－”，vf表 示反馈电压。
2-15
2.3.1 同相放大电路
2、负反馈基本概念
vp (+) +
+
_
vi_ vn (+) R2
R1
(+) vp 1
Avo(vp-vn)
(+)
vo
+
++
4 v_id
+
_
_
(+) vo
25
vi_ 3 vn
R2
iR=vn/R1
2.3.2 反相放大电路
例2.3.2 将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代
替，如下图所示。（2）该电路作为话筒的前置放大
电路，若选R1＝51KΩ， R1＝ R2 ＝390KΩ，当vo＝－
100vi时，求R4。
R2 v4 R3
M
i2 i4 R4 i3
vi R1 in _
n
i1 ip
vo
p+
解:(2)当R1=51KΩ， R1= R2 =390KΩ，Av＝－100，有
Rs 100kΩ + vs_
+ v_o
RL
1kΩ
信号源
负载
（a）
vn _
Rs vp + + 100kΩ vs_
信号源
（b）
+ v_o
RL
1kΩ
负载
（a）
vo
RL RS RL
vs
1 100 1 vs
0.01vs
（b）
v o
v n
v p
v s
运算放大电路
ri=R1
uo
RP =R1 // R2
为保证一定的输入
电阻，当放大倍数 大时，需增大R2， 而大电阻的精度差，
因此，在放大倍数
较大时，该电路结 构不再适用。
3
i2
R2
i1
ui R1
_
+ +
RP
电位为0，虚地
3. 反馈方式
电压并联负反馈 输出电阻很小， 输入电阻也不大。
4. 共模电压
u u 0 2
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。
10
R11 ui1
i11
ui2
R12
i12
虚地
iF
R2
_ +
+
RP
u u 0
i11 i12 iF
uo
可用叠加法求
uo
( R2 R11
ui1
R2 R12
ui2 )
11
二、同相求和运算
R1
RF
ui1
-
R21
+
+
3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。
30
比例运算电路与加减运算电路小结
1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比 较小 。
2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同 相输入的输入电阻高。
3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。
31
3. 微分运算电路与积分运算电路
一、反相微分运算
4.输入和输出反相。 5. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。
5
二、同相比例运算电路
虚短路
运算放大器的原理
运算放大器的原理、特点及简单应用10021187 何堃熙一、运算放大器简介：运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。
在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。
运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。
运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。
二、运算放大器的原理运放如图有两个输入端a（反相输入端），b(同相输入端)和一个输出端o。
也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。
当电压U-加在a端和公共端(公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。
)之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U 实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。
当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。
为了区别起见，a端和b 端分别用"-"和"+"号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。
电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。
反转放大器和非反转放大器如下图：一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。
运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。
对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。
采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。
运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。
经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。
这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。
运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2），其中，A0 是运放的低频开环增益（如100dB，即100000 倍），E1 是同相端的输入信号电压，E2 是反相端的输入信号电压。
运算放大器11种经典电路
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。
遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。
今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
运放二级放大电路
运放二级放大电路
摘要：
1.运放二级放大电路的概念
2.运放二级放大电路的基本原理
3.运放二级放大电路的优点
4.运放二级放大电路的应用实例
正文：
一、运放二级放大电路的概念
运放二级放大电路是一种使用运算放大器作为主要元件的放大电路，它具有电压放大功能。
在电子技术领域，这种电路被广泛应用，如音频放大器、信号处理、模拟计算机等。
二、运放二级放大电路的基本原理
运放二级放大电路的基本原理是通过运算放大器的正反馈来实现电压放大。
具体来说，它通过将输入信号与运算放大器的非反相输入端相连，输出信号接在反相输入端，从而形成一个闭合的正反馈环路。
当输入信号发生变化时，输出信号会相应地放大或衰减。
三、运放二级放大电路的优点
1.增益可调：通过改变电阻值，可以调整电路的增益，从而满足不同场合的需求。
2.输入阻抗高：运放二级放大电路的输入阻抗很高，可以忽略输入电流对电路的影响，从而简化电路分析。
3.输出阻抗低：运放二级放大电路的输出阻抗很低，可以驱动较大负载，
提高电路的驱动能力。
4.稳定性好：由于采用正反馈，运放二级放大电路具有较好的稳定性，不易产生自激振荡。
四、运放二级放大电路的应用实例
1.音频放大器：在音频放大器中，运放二级放大电路可以用于对音频信号进行放大，提高音频输出的电压。
2.信号处理：在信号处理领域，运放二级放大电路可以用于对各种模拟信号进行放大或衰减，满足不同信号处理任务的需求。
3.模拟计算机：在模拟计算机中，运放二级放大电路可以用于实现各种模拟运算，如求和、求差、积分等。
运算放大电路
1.运算放大器工作原理综述：运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，在分析运算放大器工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
本文收集运放电路的应用电路，希望看完后有所收获。
但是在分析各个电路之前，还是先回忆一下两个运放教材里必教的技能，就是“虚短”和“虚断”。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
2.运算放大器工作原理经典电路图一图一运算放大器的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。
流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2 ……d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
3.运算放大器工作原理经典电路图二图二中Vi与V-虚短，则Vi = V- ……a 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得：I = Vout/(R1+R2) ……b Vi等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 ……c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。
4.运算放大器工作原理经典电路图三图三中，由虚短知：V- = V+ = 0 ……a 由虚断及基尔霍夫定律知，通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流，故(V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (Vout – V-)/R3 ……b 代入a式，b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3，则上式变为Vout=V1+V2，这就是传说中的加法器了。
全差分两级放大电路
综合课程设计研究报告课题名称：全差分两级运放研究人员：指导教师：王向展宁宁201 年1月1日微电子与固体电子学院目录一、绪论 (1)（一）研究工作的背景与意义 (1)（二）国内外现状分析 (1)二、研究目标、研究内容与技术指标 (1)（一）研究目标 (2)（二）研究内容 (2)（三）关键技术 (2)（四）技术指标 (3)三、电路工作原理 (3)（一）电路结构理论 (4)（二）关键电路模块 (4)（三）非理想效应 (5)四、电路设计与仿真 (6)（一）电路设计方案 (6)（二）电路设计结构 (9)（三）电路仿真及结果 (10)五、全文总结与展望 (12)参考文献 (13)一、绪论（一）研究工作的背景与意义随着模拟集成电路技术的发展，高速、高精度运算放大器得到广泛应用。
全差分运算放大器在输入动态范围、抑制共模信号和噪声的能力等方面，较单端输出运放有很大优势，成为应用很广的电路单元。
另外，全差分输出时的输出电压信号幅度比单端输出时增大一倍，这对低电源电压供电的现代CMOS电路尤为重要，因为这可以扩大输出信号的动态范围。
因此，本文讨论并设计了满足一定要求的全差分运算放大器。
（二）国内外现状分析从第一颗运算放大器IC问世到现在，运算放大器技术已经在半导体制造工艺和电路设计两方面取得了巨大进展。
在大约40年的发展过程中，IC制造商们利用上述先进技术设计出了近乎“完美”的放大器。
虽然什么是理想放大器很难有一个精确定义，但它却为模拟设计工程师提供了一个目标。
理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压，它还应该不受封装尺寸限制，不占用空间。
上述这些，都是许多教科书为了得到简单的传递函数而做出的种种假设。
未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长;其二,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器;其三,由于性能和价格压力持续上扬,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。
两运算放大电路
两运算放大电路
运算放大电路主要包括反相放大电路和同相放大电路。
反相放大电路也被称为反相运算放大器或反相运算放大器，是一种运算放大器电路，它产生的输出与其输入相差180度。
这种电路通常用于创建反馈电路并在放大器两端形成闭环电路。
其主要特征是能够降低输入阻抗或保持一定值，可以作为电流输入型使用，虚拟短路点在一定电位上产生，正相输入端口空闲，如果信号源阻抗低，更易获得满意的S/N，比例系数（即放大倍数）为-Rf/R。
同相放大器电路则是一种运算放大器电路配置，可产生放大的输出信号。
其主要特征包括能获得高输入阻抗，正相输出可用于自举，反向侧的输入端口可用于其他目的，比例系数为(1+Rf/Rs)。
运放二级放大电路
运放二级放大电路【最新版】目录1.运放二级放大电路的概念2.运放二级放大电路的构成3.运放二级放大电路的工作原理4.运放二级放大电路的特点与应用正文一、运放二级放大电路的概念运放二级放大电路是一种基于运算放大器设计的放大电路，它具有电压放大功能。
在电子电路设计中，运放二级放大电路被广泛应用于各种信号处理、模拟计算等领域。
二、运放二级放大电路的构成运放二级放大电路主要由两个运算放大器、两个电阻和一个电容组成。
其中，运算放大器作为核心元件，负责电压放大；电阻和电容则起到调节电路稳定性和输入输出阻抗的作用。
三、运放二级放大电路的工作原理运放二级放大电路的工作原理可以分为以下几个步骤：1.运算放大器 A 的非反相输入端接地，使得输入电压信号与地之间的电压为零，从而提高电路的共模抑制能力；2.运算放大器 A 的输出电压信号通过电阻 R1 加到运算放大器 B的反相输入端；3.运算放大器 B 的同相输入端接电容 C，以提高电路的稳定性；4.运算放大器 B 的输出电压信号通过电阻 R2 反馈到运算放大器A 的反相输入端，形成负反馈；5.通过调整电阻 R1 和 R2 的阻值，以及电容 C 的容值，可以调节电路的电压放大倍数和输入输出阻抗。
四、运放二级放大电路的特点与应用运放二级放大电路具有以下特点：1.电压放大倍数较高，可达到 100 倍以上；2.输入输出阻抗较低，适用于高阻抗信号源和负载；3.共模抑制能力较强，能有效抑制共模干扰信号；4.电路稳定性较好，可通过调整电阻和电容参数进行调节。
运放二级放大电路在实际应用中，可用于信号放大、滤波、模拟计算等场景。
二级密勒补偿运算放大器设计(西安邮电大学)
一、二级运放的结构及设计指标计算1.题目：二级密勒补偿运算放大器设计2.小组成员：3.设计思路设计要求在阅读复旦大学设计资料后，对之间学习过的带隙基准电路总结对比，寻找不同的结构的作用。
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。
主要的任务如下：计算相应的设计指标、设计相应参数、绘制cadence核心原理图、绘制Smybol，搭建仿真测试电路、测试并仿真基本指标。
对比仿真结果，优化各项性能最后进行版图绘制，了解并生成版图。
提取参数并进行仿真，对比各项指标。
1.输出级放大电路由M6、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。
M14和Cc构成相位补偿电路。
因为M14工作在线性区，通过m14的直流电流为0，所以M14可等效为一个电阻，m14与电容Cc构成RC密勒补偿2.输出级放大电路由M6、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。
M14和Cc构成相位补偿电路。
因为M14工作在线性区，通过m14的直流电流为0，所以M14可等效为一个电阻，m14与电容Cc构成RC密勒补偿3.偏置电路由M8～M13和RB组成。
M8和M9宽长比相同。
M12与M13相比，源极加入了电阻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，减小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。
M1和M2为第一级差分输入跨导级，将差分输入电压转换为差分电流；M3和M4为第一级负载，将差模电流恢复为差模电压；M6为第二级跨导级，将差分电压信号转换为电流；M7再将此电流信号转换为电压输出。
4.等效电路图5.静态功耗一旦电源电压确定，静态功耗取决于各支路静态电流总和。
考察各路电路，可以知道，此运放的静态功耗为6.单位增益带宽单位增益带宽是运放最重要的指标之一，它定义为当运放增益为1时，所加输入信号的频率，7.共模抑制比共模抑制比的定义为其中Adm是差模增益，Acm是共模增益。
运算放大器基本电路详解
运算放大器基本电路大全1.2虚地单电源工作的运放需要外部提供一个虚地，通常情况下，这个电压是VCC/2，图二的电路可以用来产生VCC/2的电压，但是他会降低系统的低频特性。
图二R1和R2是等值的，通过电源允许的消耗和允许的噪声来选择，电容C1是一个低通滤波器，用来减少从电源上传来的噪声。
在有些应用中可以忽略缓冲运放。
在下文中，有一些电路的虚地必须要由两个电阻产生，但是其实这并不是完美的方法。
在这些例子中，电阻值都大于100K，当这种情况发生时，电路图中均有注明。
1.3交流耦合虚地是大于电源地的直流电平，这是一个小的、局部的地电平，这样就产生了一个电势问题：输入和输出电压一般都是参考电源地的，如果直接将信号源的输出接到运放的输入端，这将会产生不可接受的直流偏移。
如果发生这样的事情，运放将不能正确的响应输入电压，因为这将使信号超出运放允许的输入或者输出范围。
解决这个问题的方法将信号源和运放之间用交流耦合。
使用这种方法，输入和输出器件就都可以参考系统地，并且运放电路可以参考虚地。
当不止一个运放被使用时，如果碰到以下条件级间的耦合电容就不是一定要使用：第一级运放的参考地是虚地第二级运放的参考第也是虚地这两级运放的每一级都没有增益。
任何直流偏置在任何一级中都将被乘以增益，并且可能使得电路超出它的正常工作电压范围。
如果有任何疑问，装配一台有耦合电容的原型，然后每次取走其中的一个，观察电工作是否正常。
除非输入和输出都是参考虚地的，否则这里就必须要有耦合电容来隔离信号源和运放输入以及运放输出和负载。
一个好的解决办法是断开输入和输出，然后在所有运放的两个输入脚和运放的输出脚上检查直流电压。
所有的电压都必须非常接近虚地的电压，如果不是，前级的输出就就必须要用电容做隔离。
(或者电路有问题)1.4组合运放电路在一些应用中，组合运放可以用来节省成本和板上的空间，但是不可避免的引起相互之间的耦合，可以影响到滤波、直流偏置、噪声和其他电路特性。
二级运算放大电路版图设计
目录1前言1 2二级运算放大器电路1电路结构 1 设计指标 2 3 Cadence仿真软件3schematic原理图绘制 3 生成测试电路 3电路的仿真与分析 444版图绘制5677DRC & LVS版图验证 8 DRC验证8LVS验证8 4结论95参考文献9摘要本文利用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。
AbstractIn 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 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.1前言近几年来，人们已投入很大力量研究版图设计自动化，计算机辅助设计方法学在给定所需功能行为描述的数字系统设计自动化方面已经非常成功。
运算放大器11种经典电路
精心整理运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花了乱，是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。
????遍观所有模拟电子技术的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。
???今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
???虚短和虚断的概念???由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。
因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
????“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
???由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
???在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
运算放大器11种经典电路
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点.在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。
特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛",希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获.遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=（1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=—Rf＊Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。
今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断"，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上.而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V.因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于“短路"。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路，简称虚短.显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路.在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
二级运算放大电路
二级运算放大电路
二级运算放大电路是一种由两个运算放大器组成的放大电路。
这种电路可以放大输入信号的电压或电流。
在二级运算放大电路中，第一个运算放大器（通常称为输入级或前置级）将输入信号放大，并将放大后的信号传递给第二个运算放大器（通常称为输出级或功率级）。
输出级进一步放大信号，并提供所需的输出电压或电流。
这种电路通常具有很高的增益和很低的输出阻抗。
它可以用作电压跟随器、缓冲器、放大器或缓冲放大器等。
在二级运算放大电路中，输入级和输出级通常采用差分放大器或单端放大器。
差分放大器具有很高的共模抑制比和很高的输入阻抗，因此可以有效地抑制共模干扰并减小失调电压的影响。
输出级通常采用双端放大器或互补输出级。
互补输出级具有很低的输出阻抗和很高的带宽增益积，因此可以提供快速的响应速度和很高的增益带宽。
二级运算放大电路通常需要外接电源和适当的反馈网络来稳定其增益和减小噪声。
在设计和应用中，需要注意一些问题，如电源电压的稳定性、信号源内阻的影响、电路的频率响应等。
二级运算放大电路版图设计
目录1前言12二级运算放大器电路12.1电路结构12.2设计指标23 Cadence仿真软件33.1 schematic原理图绘制33.2 生成测试电路33.3 电路的仿真与分析43.1.1直流仿真 43.1.2交流仿真43.4 版图绘制53.4.1差分对版图设计63.4.2电流源版图设计73.4.3负载MOS管版图设计73.5 DRC & LVS版图验证83.5.1 DRC验证83.5.2 LVS验证8 4结论95参考文献9摘要本文利用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。
AbstractIn 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.1前言近几年来，人们已投入很大力量研究版图设计自动化，计算机辅助设计方法学在给定所需功能行为描述的数字系统设计自动化方面已经非常成功。
二级运算放大电路版图设计
目录1前言12二级运算放大器电路 1电路结构 1设计指标 23 Cadence仿真软件 3schematic原理图绘制 3#生成测试电路3电路的仿真与分析4直流仿真 4交流仿真 4版图绘制5差分对版图设计6电流源版图设计 7负载MOS管版图设计 7.DRC & LVS版图验证 8DRC验证 8LVS验证 8 4结论 95参考文献 9摘要本文利用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。
AbstractIn 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 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.1前言近几年来，人们已投入很大力量研究版图设计自动化，计算机辅助设计方法学在给定所需功能行为描述的数字系统设计自动化方面已经非常成功。
运算放大电路的原理
运算放大电路的原理
运算放大电路是一种用于增大输入信号的放大器。
它通过将输入信号放大并提供增益，从而将较小的输入信号转换为更大的输出信号。
运算放大电路一般由三个主要部分组成：差分放大器、电压跟随器和电流源。
差分放大器是运算放大电路中最关键的部分之一。
它由两个输入端和一个输出端组成。
其中，一个输入端称为非反馈输入端，另一个输入端称为反馈输入端。
非反馈输入端接收输入信号，而反馈输入端接收输出信号进行比较。
该差分模式使得输出信号与输入信号之间产生差值，从而实现了放大。
电压跟随器也是运算放大电路的重要组成部分。
它能够将输出信号的电压跟随输入信号的电压变化。
这样可以保持输出信号与输入信号之间的稳定比例，从而实现信号的放大。
电流源是为了提供稳定的工作电流而存在的。
它能够保持电路的工作点稳定，确保输出信号的放大效果。
通过差分放大器、电压跟随器和电流源等部分的合理组合和协作，运算放大电路能够实现输入信号的放大。
同时，它还能够具备一些特殊的功能，如反相放大、非反相放大、求和等。
这使得运算放大电路成为现代电子设备中的重要组成部分。
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uI UT
uO iR R IS Re
对输入电压的极性和幅值有何要求？
3. 乘法、除法运算电路
模拟乘法器及其在运算电路中的应用
1. 模拟乘法器简介
1) 变跨导型模拟乘法器的基本原理
uO (iC1 iC2 ) Rc gm RcuX
I gm U T 2U T I EQ
（可作为公式直接使用）
电压跟随器的作用
无电压跟随器时 负载上得到的电压
有电压跟随器时
ip≈0，vp＝vs 根据虚短和虚断有
RL vo vs Rs RL 1 vs 0.01vs 100 1
vo＝vn≈ vp＝ vs
2.3.2 反相放大电路
1. 基本电路
（a）电路图
（b）由虚短引出虚地vn≈0 图2.3.5 反相放大电路
式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。
1 vO v I dt RC
（积分运算）
2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
当vI为阶跃电压时，有
1 vO vI dt Vi t Vi t RC RC
vO与 t 成线性关系
利用积分运算的基本关系实现不同的功能
Rf uO (uI2 uI1 ) R
实现了差分 放大电路
2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
根据“虚短”，得 根据“虚断”，得 因此
vP vP 0
ii 0
vI i2 i1 R
i2
电容器被充电，其充电电流为
设电容器C的初始电压为零，则
1 1 vI vN vO i2dt dt C C R
2.1 集成电路运算放大器
1. 集成电路运算放大器的内部组成单元
图2.1.2 运算放大器的代表符号 （a）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号
2. 运算放大器的电路模型
通常： 开环电压增益 Avo105 （很高）
输入电阻
ri 106Ω （很大）
输出电阻
ro 100Ω （很小）
uO Rf (
uI1 uI2 uI3 ) R1 R2 R3
与反相求和运算电路 的结果差一负号
加减运算
利用求和运算电路的分析结果 设 R1∥ R2∥ Rf＝ R3∥ R4 ∥ R5
uI3 uI4 uI1 uI2 uO Rf ( ) R3 R4 R1 R2
若R1∥ R2∥ Rf≠ R3∥ R4 ∥ R5，uO＝?
1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？ 2) 输入为方波时的输出电压波形？ 3) 输入为正弦波时的输出电压波形？
线性积分，延时 波形变换
移相
2.4.4 积分电路和微分电路
2. 微分电路
dv I vO RC dt
为了克服集成运 放的阻塞现象和自 激振荡，实用电路 应采取措施。
限制输出 电压幅值 滞后补偿
（该电路也称为加法电路）
若 则有
R1 R2 R3
- vo vi1 vi 2
同相求和
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf 利用叠加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1单独 作用时的输出电压
R2 ∥ R3 ∥ R4 Rf uO1 (1 ) uI1 R R1 R2 ∥ R3 ∥ R4
uY uBE3 I Re
uY 若uY uBE3，则 g m 2U T Re Rc uO uX uY 2U T Re
实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、 输入电压的极性等方面。
2)模拟乘法器的符号及等效电路
uO kuXuY
理想情况下，ri1、 ri2、fH 为无穷大， 失调电压、电流 及其温漂为0，ro为0， ux 、 uy 幅值变化时 k 值不变。 有单象限、两象限和四象 限之分。
2.3.1 同相放大电路
3. 虚假短路
图中输出通过负反馈的作用，使vn自动
地跟踪vp， 即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。这种现象 称为虚假短路，简称虚短
由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的
ip＝-in ＝ (vp－vn) / ri ≈0，这种现象称为虚断。 由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各 种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。
4. 几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻Ri 输入电阻定义
根据虚短和虚断有
vi Ri ii
vi＝vp，ii ＝ ip≈0 所以
vi Ri ii
Ro→0
（3）输出电阻Ro
2.3.1 同相放大电路
5. 电压跟随器 根据虚短和虚断有 vo＝vn≈ vp＝ vi
vo Av 1 vi
3. 若V－< vO <V＋ 则 （vP－vN）0 4. 输入电阻ri的阻值很高 使 iP≈ 0、iN≈ 0 5. 输出电阻很小， ro ≈ 0
• 理想运放的参数特点
Aod、 rid 、fH 均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、 失调电流及其温漂、噪声均为0。
• 集成运放的线性工作区
uO＝Aod(uP－ uN)
u BE1
同理，u BE2
u N2 u P2 u BE2 u BE1 UT ln uI IR R 3
IR UT ln IS
R2 R2 uI uO (1 )u N2 (1 )U T ln R5 R5 I R R3
2. 指数运算电路
uI uBE
iR iE ISe
uI1 uP uI2 uP uI3 uP uP R1 R2 R3 R4
必不可少 吗？
uI1 uI2 uI3 1 1 1 1 ( )uP R1 R2 R3 R1 R2 R3 R4
uI1 uI2 uI3 uP RP ( ) ( RP R1 ∥ R2 ∥ R3 ∥ R4 ) R1 R2 R3 Rf R Rf uI1 uI2 uI3 Rf uO (1 ) uP RP ( ) R R R1 R2 R3 Rf
vi vi Ri R1 ii vi / R1
（3）输出电阻Ro Ro→0
例2.3.3 直流毫伏表电路
当R2>> R3时， （1）试证明Vs＝( R3R1/R2 ) Im （2）R1＝R2＝150k，R3＝1k， 输入信号电压Vs＝100mV时，通过 毫伏表的最大电流Im(max)＝？ 解（1）根据虚断有 Ii =0 所以 I2 = Is = Vs / R1
2.2 理想运算放大器
1. vo的饱和极限值等于运放的电源电 压V＋和V－ 2. 运放的开环电压增益很高 若（vP－vN）＞0 则 vO= +Vom=V＋ 若（vP－vN）＜0 则 vO= –Vom=V－ 图2.2.1 运放的简化电路模型 理想：ri≈∞ ro≈0 Avo→∞ vo＝Avo(vp－vn)
同理可得， uI2、 uI3单独作用时的uO2、 uO3，形式 与uO1相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意义清楚，计算麻烦！ 在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果 简单明了，易于计算。
同相求和
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
i1 i2 i3 i4
（该电路也称为差分电路或减法电路）
2.4.1 求差电路
一种高输入电阻的差分电路
2.4.2 仪用放大器
R4 2 R2 Av (1 ) v1 v2 R3 R1
vO
2.4.3 求和电路
根据虚短、虚断和N点的KCL得：
vn vp 0
vi1 - vn v i2 - v n v n - v o R2 R3 R1 R3 R3 - vo vi1 vi 2 R1 R2
当
R4 R3 , R1 R2则 Nhomakorabea则
R4 vo (vi2 vi1 ) R1
R4 R1 ,
vo vi2 vi1
2.4.1 求差电路
R4 R3 R1 R2 vo
时，
R4 (vi2 vi1 ) R1 vo R 4 vi2 vi1 R1
从放大器角度看 增益为
Avd
2.3.2 反相放大电路
2. 几项技术指标的近似计算 （1）电压增益Av 根据虚短和虚断的概念有 vn≈ vp＝ 0 ， ii＝0 所以 i1＝i2
即
v i vn vn vo R1 R2 vo R2 Av vi R1
（可作为公式直接使用）
2.3.2 反相放大电路
2. 几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻Ri
• 学习运算电路的基本要求
（1）识别电路。 （2）求解运算关系式。
2.3 基本线性运放电路
2.3.1 同相放大电路
2.3.2 反相放大电路
2.3-2.4 均用正弦小信号作测试信号进行分析
2.3.1 同相放大电路
1. 基本电路
（a）电路图
（b）小信号电路模型 图2.3.1 同相放大电路
2.3.1 同相放大电路
又根据虚短有 Vp = Vn =0
所以
Im ( R2 R3 Vs ) R3 R1
R2和R3相当于并联，所以 –I2R2 = R3 (I2 - Im ) 当R2>> R3时，Vs＝( R3R1/R2 ) Im
（2）代入数据计算即可
2.4 同相输入和反相输入放大电路 的其他应用
2.4.1 求差电路 2.4.2 仪用放大器 2.4.3 求和电路
图2.1.3 运算放大器的电路模型
vO＝Avo(vP－vN)
（ V－＜ vO ＜V＋ ）
注意输入输出的相位关系
2. 运算放大器的电路模型