单端输出运算放大器分析与设计-清华大学模拟集成电路分析与设计
Chp7-半导体放大电路分析基础-电路与模拟电子技术基础教程-龙胜春-清华大学出版社
+
+ B C IC
Rs
ui+
IB E IE RL
-
+VCC
电容隔直
+
uo
-
RB：基极偏置电阻，提供固定的基极偏置电流IB VCC：直流电源，保障发射结正偏，集电结反偏 RC：将输出交流电流转换成输出交流电压 注意：放大电路输入输出电压、电流参考方向固定，公共地始终为负
7 半导体放大电路分析基础(7.2 基本交流放大电路的直流分析)
(1) 静态工作点图解分析法
RB UBB
C IC B
IB E IE
静态分析内容：在直流电源作用下，确定
三极管基极电流、集电极电流和集电极与
RC
发射极之间的电压值（放大电路静态工作
点 IBQ 、ICQ 、UCEQ）
UCC
为什么要关注UCEQ?
图解法：利用三极管的特性曲线和外部电路所确定的负载线为
基础，通过作图的方法求解电路的工作情况
信号： 信息的载体
温度、气压、风速、声音等
——传感器（信号源）
模拟电路最 基本的处理 信号的功能
——连续变化的电信号（模拟信号） ——放大、滤波 ——驱动负载（显示装置、扬声器等）
绪论
3. 电信号源的电路表达形式（戴维宁等效或诺顿等效） 戴维宁等效：将信号源等效为一个理想电压源与内阻相串联的形式
a
Ui
ri Rs
ri
Us
AVs
Uo Us
Ui Us
Uo Ui
ri Rs +ri
AV
7 半导体放大电路分析基础(7.1 放大电路的性能表征)
ii
io
3. 输出电阻ro
从放大器的输出端往左看进去所呈现的电阻
单端输出运算放大器的分析与设计
vo vo1
提高CMRR：
CMRR
Adm Acm
vo1 vid vo vo1
CMRR1
提高ro5（Cascode） 减小过驱动电压
vo1 vic
增大有效沟道长度
CMRR (1 2gm1,2RSS )gm3,4 (ro1,2 || ro3,4 )
RSS ro5
gmro
2
Vov
频率响应和频率补偿
带缓冲输出级的运算放大器的补偿
OTA: operational-transconductance amp
Av
(s)
(1
s
/
Av0 p1)(1 s / p2
)(1
s
/
p3 )
带缓冲输出级的运算放大器的补偿
在第二、第三级都进行Miller补偿 仅在第二级进行Miller补偿
推挽输出级
65dB, 60MHz(CL=1pF), IBIAS=50uA
满足镜像平衡条件时各晶体管的尺寸关系
ID5 ID7 (W / L)5 (W / L)7
(W / L)3 (W / L)4 1 (W / L)5 (W / L)6 (W / L)6 2 (W / L)7
输入阻抗、输出阻抗和电压增益
输入阻抗：
Ri Ri1
输出阻抗：
Ri2
Ro Ro2 ro6 || ro7
由于CM所引起的极点频率和 零点频率远大于其它极点频
率，可以忽略
p gm3 z 2gm3
CM
CM
Miller补偿
p2
gm6 CL
p1
gm6
(ro2
||
1 ro4 )(ro6
||
ro7
清华大学《模拟电子技术基础》习题解答与答案
第一章 半导体基础知识自测题一、（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）×二、（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C三、U O1≈ U O2＝0 U O3≈－ U O4≈2V U O5≈ U O6≈－2V四、U O1＝6V U O2＝5V五、根据P CM ＝200mW 可得：U CE ＝40V 时I C ＝5mA ，U CE ＝30V 时I C ≈，U CE ＝20V 时I C ＝10mA ，U CE ＝10V 时I C ＝20mA ，将改点连接成曲线，即为临界过损耗线。
图略。
六、1、V2V mA6.2 A μ26V C C CC CE B C bBEBB B =-====-=R I U I I R U I βU O ＝U CE ＝2V 。
2、临界饱和时U CES ＝U BE ＝，所以Ω≈-====-=k 4.45V μA 6.28mA86.2V BBEBB b CB c CESCC C I U R I I R U I β七、T 1：恒流区；T 2：夹断区；T 3：可变电阻区。
习题（1）A C （2）A （3）C （4）A不能。
因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为时管子会因电流过大而烧坏。
u i 和u o 的波形如图所示。
ttttu i和u o的波形如图所示。
u o的波形如图所示。
I D＝（V－U D）/R＝，r D≈U T/I D＝10Ω，I d＝U i/r D≈1mA。
（1）两只稳压管串联时可得、、和14V等四种稳压值。
（2）两只稳压管并联时可得和6V等两种稳压值。
I ZM＝P ZM/U Z＝25mA，R＝U Z/I DZ＝～Ω。
（1）当U I ＝10V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流为4mA ，小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故V 33.3I LLO ≈⋅+=U R R R U当U I ＝15V 时，由于上述同样的原因，U O ＝5V 。
清华07年的一份运算放大器的设计(非常详细)
tox m
1.25×10-8 1.3×10-8
表2
VT 0 V
0.728 -1.02
K A /V 2
117.7 -51.0
2)
设定基本参数 设计过程中首先设定了密勒电容值 CC 2 pF 。为保证全摆幅输出，M13 管的过驱动电压应
VDD
M14
Vb1
M15
M19
M20
Vb3 M18
M21 Vb2
IS M16 Vb4 M17 M22
VSS
图2
3) 恒温电流源电路
VDD
M25
M26
M27
M4
M23
M24
U5 + OUT M28
R1
R2
R3 Q1 Q2 Q3
VSS
图3
2 ．扩展结构
为进一步提高电路性能，我们在标准电路结构上做了一点扩展，增加了自举电路以提高开环增益。 原理图如下：
VDD
M5 Vb2 Vb1 M9 U3
M6 Vb2 U4
+
OUT
M8 M7
OUT
+
-
-
M12 M4 M3 inp M1 M2 inn
OUT
+
Vb3 Cc
+
U1
OUT
U2 Vb3 out
-
-
CL
M10 Vb4
M11
M13
0
VSS
图4
三．设计过程 1 ．选择理由
我们最终选定的电路包括基本结构和扩展结构两套方案。基本运放结构采用了单端输出的折叠 式共源共栅两级放大器，扩展结构在基本结构的基础上增加了自举电路部分，而偏置电路则均采用 了 PTAT 带隙基准结构。 选择的理由首先来自于实验要求的限制——带有偏置电路的两级运算放大器以及差分输入、单 端输出的运放结构。这一限制就基本将运放结构确定下来了。考虑到设计指标对开环增益的要求， 我们决定差分电路采用共源共栅结构，在扩展结构中又增加了自举电路部分以进一步提高开环增益。 同时又由于共模输入范围要求比较大，遂采用折叠式差分结构。 为增加电路稳定性，提高相位裕度，减小非主极点影响，电路中还进行了密勒电容的频率补偿。 设计中将密勒电容接在第一级共栅输入端和第二级共源输出端之间，这样在反馈通路上存在一个共 栅结构，消除了频率补偿原本因前馈通路而带来的零点。 标准电流源为了减小电压源和温度等因素造成的工作点漂移，采用了 PTAT 带隙基准结构，并 通过电流镜结构给运放提供偏置电流。 简单分析一下所设计电路的优缺点： 1) 优点 a. 输入共模范围大。由于采用了 PMOS 折叠式差分输入结构，输入共模范围可以做到很大， 甚至可以低于地电位 VSS。 b. 输出摆幅大。第一级折叠式差分结构克服了套筒式结构的缺点，输出范围本身就已经可以 很大。同时，有第二级放大结构的存在，输出范围可以进一步增大，以达到全摆幅输出。 c. 开环增益高。共源共栅结构的输出电阻很高，如果加上自举电路部分则更进一步提高了开 环增益。同时又是两级放大，因此开环增益可以做到很高。 d. 稳定性好。虽然采用了差转单结构增加了一个镜像极点，但与同时带来的镜像零点共同作 用使得其影响可以忽略。电路中采用了密勒补偿，提高了相位裕度，增加了电路稳定性。 2) 缺点 a. 功耗较大。折叠式差分结构由于增加了一条支路，电源输出电流要更多一些。同时第二级 放大电路为配合频率补偿需要增加其跨导，这也在一定程度上增加了功耗。 b. 结构复杂度较高。相比于单级放大电路和简单差分结构，这里的电路结构较为复杂，所需 的偏置电压也较多，设计起来需要考虑的因素也很多。
课程介绍-清华大学模拟集成电路分析与设计
清华大学微电子学研究所Feb. 25, 2008模拟集成电路分析与设计课程概况z微电子学专业核心课程之一z3学分48学时：每周3学时X16周z目标：培养学生具有初步的模拟集成电路分析能力和设计能力，了解模拟集成电路基本模块的分析方法和设计过程z上课时间：每周一上午第二大节（9：50～12：15）z上课地点：六教6A301z习题课：四次习题课习题课z答疑时间：周三下午2：00～3：30z答疑地点：任课教师办公室答疑地点教材与参考书z教材：Behzad Razavi，“Design of Analog CMOSIntegrated Circuits”, 西安电子科技大学出版社英版中版（英文影印版或者中文版），2001年池保勇,“模拟集成电路分析与设计”,（编写中）z参考书：P R Gray“Analysis and Design of AnalogP.R. Gray, Analysis and Design of AnalogIntegrated Circuits”, Fourth Edition，高等教育出版社英文影印版或者中文版，2001年()P.E. Allen, “CMOS Analog Circuit Design”,Second Edition, 电子工业出版社，2002年,课程内容CMOS电路为主，适当介绍Bipolar电路考核z总原则：学到东西、相对公平总原则学到东西相对公平z平时表现（5％）＋作业（10％）＋课程设计（25％）＋期中考试（开卷，25％）＋期末考试（闭卷，35％）试（闭卷z作业：10次作业，每次1分z课程设计：设计思路和结果、口头报告及文档z期中考试：开卷考试(Lecture 1-7)期中考试(Lecture17)z期末考试：闭卷考试(期中考试后的内容)课程设计z课程设计全差分运算放大器的设计（第十四周前递交中期进展报告、第十六周前完成全部电路设计）z三人为一组，根据项目水平以及各人贡献给分人为组，根据项目水平以及各人贡献给分z时间：课后完成，16周习题课上作口头报告（5分钟）,期末考试后提交完整书面设计报告z提供的资源：SUE安装文件和帮助文档（画电路图）、Hspice安装文件、Hspice完整的帮助文档、Hspice的简单帮助文档（中文）、仿真工艺库文件、库文件使用说明、课程设计说明文件Hspice ToolBox明文件、Hspice ToolBox（与Matlab的接口文件）及部分数据后处理源文件模拟集成电路概要（1）信号分类（2）集成电路与分立电路（3）模拟集成电路分析与设计（4）模拟集成电路在系统中的作用（5）模拟电路中的基本概念（6）放大器基础模拟信号与数字信号集成电路与分立电路SUN华硕P5K-E/WIFI-AP主板P5K E/WIFI AP集成电路与分立电路模拟集成电路概要（1）信号分类（2）集成电路与分立电路（3）模拟集成电路分析与设计（4）模拟集成电路在系统中的作用（5）模拟电路中的基本概念（6）放大器基础模拟电路分析与设计z电路分析：已知电路拓扑结构和元器件尺寸的基础上应用简单、但足器件尺寸的基础上应用简单但足够精确的元器件模型来分析该电路所具有的各种性能z电路设计：根据一组给定的性能指标设计出满足指标要求的路拓标，设计出满足指标要求的电路拓扑结构并确定各种元器件的尺寸z电路分析是电路设计的前提和基础电路分析可以帮助设计者增强电路知识，了解各种拓扑结构的优势和缺点，为设计者选择合适的电路结构提供参考电路分析是进行电路设计的前提，只有对电路进行了全面的分析，设计者才能明确如何在各种设计指标之间进行权衡，明确如何在各种设计指标之间进行权衡从而确定各元器件的尺寸模拟电路的基本分析方法z基尔霍夫电压定理：任何个电路环路上基尔霍夫电压定理：任何一个电路环路上的各元器件电压降之和等于0模拟电路的基本分析方法（续）z基尔霍夫电流定理：在电路中流进某个节点各支路等点的各支路电流之和等于0模拟电路的基本分析方法（续）z欧姆定理：电阻上的压降等于电流乘以该电阻的阻值欧姆定理电阻上的压降等于电流乘以该电阻的阻值模拟电路的基本分析方法（续）z戴维营诺顿电源等效定理：如果个网络不包含非线性戴维营－诺顿电源等效定理：如果一个网络不包含非线性受控源和非线性元件，则向该网络的输出端口看过去，网络的行为都可以等效为一个电压源和一个阻抗的串联，也可以等效为该阻抗和一个电流源的并联，该阻抗等于向该网络输出端看过去的输出阻抗，电压源等于该端口上的开路电压，而电流源的大小等于该端口的短路电流路电压而电流源的大小等于该端口的短路电流模拟电路的基本分析方法（续）z电路分析基本步骤析本步确定电路的直流工作点确定各元器件的小信号模型及其中的参数值画小信号等效电路（在这一步中，要注意交流与画小信号等效电路（在这步中要注意交流与直流的划分，直流偏置点都是交流地）应用KVL、KCL定理和欧姆定理列电路方程求解方程组得到该电路的分析结果（在这一步中通常要做简化处理）模拟电路的基本分析方法（续）z上述求解过程可能会很复杂，得到的结果可能不能揭示结果能不能揭示电路的本质特征z在课程的学习中，在课程的学习中需要培养对模拟电路的直观分析能力，只有这样，在分析较复杂电路时，才能抓住电路的主要特征，简化分析过程，而且可以更好程而且可以更好的理解电路并用以指导电路的具体设计过程模拟集成电路的设计流程模拟集成电路设计的难点z数字电路：离散信号；模拟电路：连续信号数字电路离散信号模拟电路数字电路速度与功耗；模拟电路速度z数字电路：模拟电路：速度、功耗、增益、精度、线性度、电源电压等z模拟电路对噪声、串绕、其它干扰等更敏感z模拟电路受到元器件二阶效应的影响z EDA工具支持力度不如数字电路z模拟电路的建模与仿真存在困难z现代工艺针对数字电路优化模拟集成电路设计是一门艺术，优秀的模拟电路设计工程师是一个艺术家模拟集成电路概要（1）信号分类（2）集成电路与分立电路（3）模拟集成电路分析与设计（4）模拟集成电路在系统中的作用（5）模拟电路中的基本概念（6）放大器基础自然信号处理z声音信号、图像信号、生物信号、地震信号等z特点：动态范围大，带外干扰强数字通信数字信号恢复多级信号处理¾级数与带宽磁盘驱动器头读取制信转化为信号 磁头读取二进制信息，转化为电信号 含有强噪声成分与失真无线收发机z无线接收机微弱信号、强干扰、高频微弱信号强干扰高频z无线发射机输出强信号、高频光纤通信z高速、宽带信号（10－40Gbps）传感器z传感器各种传感器感知外界信号加速度计高速数字设计z微处理器与存储器、高速数字设计时钟分布与重定时互连线延迟、封装寄生、衬底耦合存储器中的灵敏放大器z高速数字设计本质上就是模拟设计分频器/计数器⋅K+=NPS模拟集成电路概要（1）信号分类（2）集成电路与分立电路（3）模拟集成电路分析与设计（4）模拟集成电路在系统中的作用（5）模拟电路中的基本概念（6）放大器基础直流信号z直流信号：不随时间变化的信号电路中任何一个节点的信号如果不随时间变化，均可认为是直流信号直流分析就是确定电路中各节点的直流信号大小的过程，该过程通常也被称为确定电路的直流（或静态）工作点交流信号z交流信号：随时间变化的信号电路中任何个节点的信号如果随时间会发生变化，则该电路中任何一个节点的信号如果随时间会发生变化，则该信号中必定包含有交流信号成分交流分析是用不同频率的正弦型信号（平均值为0）激励电路，确定电路中各节点对不同频率激励信号所发生的响应的过程由于任何一个交流信号均可等效为不同幅度、不同频率正弦型信号的加权求和，因此模拟电路中通常说的交流信号指的就是平均值为0的正弦型信号一旦采用交流分析方法确定了电路对不同频率正弦型信号的响应，采用叠加定理就可以确定该电路对不同波形信号的响应电路节点信号分析z电路中任何个节点的信号等于该节点的电路中任何一个节点的信号等于该节点的直流信号与该节点的交流信号之和z先采用直流分析方法确定电路中各节点的直流信号（直流工作点），在这一步中假设所有的交流激励信号源均等于0z再采用交流分析方法来得到电路中各节点的交流信号，在这一步中假设所有的直流将两次分析的结果加激励信号源均等于0，将两次分析的结果加在一起，就是该节点的总信号小信号分析z小信号分析：当各节点的交流信号幅度足够小，对电路直流工作点的扰动影响近似可以忽略时可以采用的一种分析方法z大信号分析：当各节点的交流信号幅度很大，对电路直流工作点的扰动影响不可忽略时要采用的分析方法a是一个只与电路的静态工作点相关的参数，它是电路传输曲线在静态工作点Q处的斜率静斜率知道了电路的静态工作点信息，就可以确定a的大小在静态工作点周围，电路的输出信号与输入信号之间的关系就由a唯一确定，这样给电路分析和设计带来很大方便小信号分析与大信号分析z小信号分析是一种线性化的分析方法它把电路的传输特性在静态工作点进行线性化，并用来描述电路在静它把电路的传输特性在静态工作点进行线性化并用来描述电路在静态工作点一定范围内的行为，在这一小段范围内，输出信号与输入信号之间成线性关系该线性化范围的大小与对电路线性度的要求有关。
Chap3_a_清华大学模拟集成电路分析与设计
第三章 单管放大器的分析与设计本章首先以电阻作负载的共源放大器为例，讨论了对电路进行大信号分析与低频小信号分析的方法，说明了大信号分析与小信号分析的区别与联系，并详细介绍了频率响应的近似分析方法和噪声分析方法；在以上介绍的基础上，详细讨论了基于G m /I D 设计流程的共源放大器的设计流程，该设计流程能指导设计工程师快速地进行初始设计，对模拟电路的设计具有很重要的指导意义；然后我们讨论了其它的单管放大器结构，包括有源负载共源放大器、源简并共源放大器、共栅放大器和源极跟随器，重点讨论了每种单管放大器的基本特性（包括大信号特性、小信号特性或频率特性）。
通过本章的介绍，读者可以掌握基本的模拟电路分析方法，能够对简单电路的大信号特性、小信号特性、频率特性和噪声特性进行分析，并了解各种单管放大器的基本特点。
本章所介绍的G m /I D 设计流程是一种较好的模拟集成电路设计流程，通过本章的介绍，读者可以基本了解基于G m /I D 流程的设计方法，可以进行简单的单管放大器集成电路的设计。
3.1 电阻做负载的共源放大器图3-1给出了一个电阻作负载的共源放大器的电路图。
输入电压信号V i 输入到MOS 管的栅极，经MOS 管转化为漏端的电流信号I d ，该电流流过负载电阻R D 后在电阻上产生一个压降，输出电压信号从MOS 管的漏端取出，其值为：o DD d D V =V -I R (3.1)当输入电压信号V i 变化时，I d 跟着变化，导致输出电压V o 发生变化，完成放大功能。
下面我们来分析这个简单电路的大信号特性和小信号特性。
图 3-1电阻作负载的共源放大器的电路图 3.1.1共源放大器的大信号分析图3-1所示的电阻作负载的共源放大器，它的大信号转移曲线（即输出电压与输入电压的关系曲线）如图3-2所示。
输入电压V i 从零开始增加，只要输入电压V i 小于晶体管的阈值电自编教材试行本勿扩散压V t ，MOS 管就工作于截止区，流过晶体管漏端的电流为0，输出电压V o 等于电源电压V DD ，即i t o DD V V V V <⇒= (3.2)图3-2 共源放大器的大信号转移曲线当输入电压V i 增加到大于MOS 管的阈值电压V t 时，MOS 管开始导通，有电流流过负载电阻R D ，导致输出电压V o 开始下降。
期末清华大学模拟集成电路池保勇考题
发信人: Pretest (我是匿名天使), 信区: Pretest标题: 模拟集成电路分析与设计_池保勇_20060105发信站: 自由空间 (Thu Jan 5 22:33:45 2006), 站内池老师还是很厚道的，把讲义好好看看，作业弄熟了就没什么问题了。
一、简答题（8选5，40'）1、二端口网络如何用噪声源等效，噪声源的求法2、什么是telescopic和（折叠型？）cascode电路，描述性能特点3、画出电流镜负载差分对大信号特性，可以分为哪几个区域，每个区域管子工作状态4、什么是相位裕度，PSRR，CMCC，还有一个忘了。
5、运放设计为什么需要相位补偿？相位补偿的方法？6、全差分运放中，共模反馈环路的工作原理7、开关电容电路中，MOS管作开关存在哪些非理想效应？怎样消除或减少8、比较器性能的主要参数，分别简述含义二、讲义上那个用两套电流镜的迟滞比较器，解释工作原理，求正负转换点三、开关电容电路四、全差分运放，求adm，acm，acmc五、两级运放，第一级为双端到单端转换的放大器，不过负载不是有源电流镜（需要自己分析不能套公式）。
第二级为共源放大，有密勒补偿电容。
求放大倍数，主极点，然后给出单位增益带宽，求相位裕度。
发信人: sleepyboy (想学钢琴), 信区: Pretest标题: 2005-模拟集成电路分析与设计(池保勇)发信站: 自由空间 (Tue Jan 11 17:19:32 2005), 站内一、问答(7选5)1.折叠型cascode放大器的基本原理2.全差分运放中，共模反馈环路的工作原理3.名词解释：噪声带宽，功率谱密度4.什么是再生式比较器，原理？5.比较器性能的主要参数，分别简述含义6.全差分功放，其优缺点7.开关电容电路中，MOS管作开关存在哪些非理想效应？怎样消除或减少。
二、给出一个放大器电路，求静态工作点，等效噪声系数三、迟滞性比较器，求正、负向转换点，画电压输入输出曲线四、2相非重叠时钟开关电容电路，和课件上的例题基本一样五、全差分运放，求低频下的共、差模增益2小时的考试时间延了半个小时（比期中延得少多了。
模拟电子电路模电课件清华大学华成英4集成运算放大电路
注意集成运算放大器的散热问题，采取适当的散热措施，避免过热导致性能下降或损坏。
在电路设计时考虑噪声干扰的影响，采取措施减小噪声干扰，如使用屏蔽、远离噪声源等。
在使用过程中注意避免突然的电压或电流冲击，以免造成集成运算放大器的损坏。
谢谢
THANKS
详细描述
共模抑制比是集成运算放大器性能的重要指标之一，它影响着电路的稳定性和性能。
总结词
在实际应用中，电路中的干扰和噪声通常是共模的，因此共模抑制比的大小直接影响到电路的性能和稳定性。在选择集成运算放大器时，需要根据实际需求来选择具有较大共模抑制比的型号。
详细描述
集成运算放大器的使用注意事项
了解集成运算放大器的规格书，确保其满足电路的性能要求。
良好的线性度
集成运放的内部电路设计使得它在放大信号时产生的噪声较低。
低噪声
集成运放的输入阻抗一般都在兆欧姆级别，使得它对信号源的影响较小。
高输入阻抗
按功能
可以分为通用型和专用型两类。通用型集成运放适用于多种场合，而专用型集成运放则是针对特定应用设计的，如仪表放大器、音频放大器等。
按性能指标
可以分为低噪声、高精度、高速型等不同类型。低噪声型集成运放主要用于信号放大，高精度型用于高精度的测量和运算，高速型则用于高速信号处理和传输。
电压-频率转换
电压-电流转换
集成运算放大器的性能指标
详细描述
开环电压增益的数值越大，意味着对微弱信号的放大能力越强，因此开环电压增益是衡量集成运算放大器性能的重要参数之一。
总结词
开环电压增益是衡量集成运算放大器放大能力的重要指标。
详细描述
开环电压增益是指在无反馈情况下，输入信号经过集成运算放大器放大后的输出电压与输入电压的比值。这个比值越大，说明放大器的放大能力越强。
《模拟电子技术》课件第6章 集成运算放大电路
IE2
IE1Re1 Re2
VT Re2
ln
IE1 IE2
§6.2 电流源电路
IR R
IC1
T1
IE1 Re1
IB1 IB2
VCC
I C 2=IO
T2
IE2 Re2
当值足够大时
IR IC1 IE 1 IO IC2 IE 2
IO
IR
Re1 Re2
VT Re2
ln
IR IO
IO
IR
Re1 Re2
四、微电流源
R c + vo R c
VCC
Rs
+
vi1
T1 RL T2
Rs
+
vi2
Re
VEE
2、差模信号和共模信号的概念
vid = vi1 vi2 差模信号
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
共模信号
Avd
=
vod vid
差模电压增益
其中vod ——差模信号产生的输出
Avc
=
voc vic
共模电压增益
总输出电压
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
IC 1
2 IC1 β
IO
1
IR 2
2
2
IR
IC1
T1
R IB3
T3
IE3
IB1 IB2
V CC IO= IC2 = IC1
T2
IR R
IC1
IB3
T1 I B1
VCC
IO
T3
IE3 IC2
T2 IB2
三、比例电流源
运算放大器应用电路的设计与制作
运算放大器应用电路的设计与制作(一） 运算放大器 1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反响电路时，可以灵敏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。
运算放大器一般由4个局部组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。
图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性局部。
如图2所示。
U -对应的端子为“-〞，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。
U +对应的端子为“＋〞，当输入U +单独由该端参加时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。
输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益〔开环电压放大倍数〕。
在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到: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化参数。
2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压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〞。
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汲取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的根本原那么，可简化运放电路的计算。
3. 运算放大器的应用 (1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示，输入信号参加反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放，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 ’＝R 1 // R F 。
模拟集成电路课程设计
模拟集成电路课程设计模拟集成电路课程设计设计目的：设计目的：复习、巩固模拟集成电路课程所学知识，运用复习、巩固模拟集成电路课程所学知识，运用 EDA 软件，在一定的工艺模型基础上，软件，在一定的工艺模型基础上，完成一个基本功能单元的电路结构设计、参数手工估算和电路仿真验证，并根据仿真结果与并根据仿真结果与 指标间的折衷关系，指标间的折衷关系，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，对重点指标进行优化，掌握电路分析、电路设计的基本方法，加深对运加深对运加深对运 放、带隙基准、稳定性、功耗等相关知识点的理解，培养分析问题、解决问题的能力。
实验安排：实验安排：同学们自由组合，2 人一个设计小组选择五道题目中的一道完成，人一个设计小组选择五道题目中的一道完成，为了避免所选题目过为了避免所选题目过为了避免所选题目过 度集中的现象，规定每个题目的最高限额为度集中的现象，规定每个题目的最高限额为 4 组。
小组成员协调好每个人的任务，分工合组。
小组成员协调好每个人的任务，分工合 作，发挥团队精神，同时注意复习课堂所学内容，必要时查阅相关文献，完成设计后对验收与考核：验收与考核：该门设计实验课程的考核将采取现场验收和设计报告相结合的方式。
当小组成员完成 了所选题目的设计过程，了所选题目的设计过程，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，并且仿真结果达到了所要求的性能指标，可以申请现场验收，可以申请现场验收，可以申请现场验收，向老向老向老 师演示设计步骤和仿真结果，通过验收后每小组提交一份设计报告（打印版和电子版）。
其。
其 中，设计指标，电路设计要求和设计报告要求的具体内容在下面的各个题目中给出了参考。
成绩的评定将根据各个小组成员在完成项目中的贡献度以及验收情况和设计报告的完成度 来确定。
来确定。
时间安排：时间安排：机房开放时间：2013 年 10 月 28 日～11 月 8 日，8:30~12:00，14:00~18:00课程设计报告提交截止日期：2012 年 11 月 15 日该专题实验的总学时为该专题实验的总学时为 48 学时（1.5 学分），请同学们安排好知识复习，理论计算与上，请同学们安排好知识复习，理论计算与上机设计的时间，该实验以上机设计为主，在机房开放时间内保证在机房开放时间内保证 5 天以上的上机时间，我们我们 将实行每天上下午不定时签到制度。
2019年《模拟电子电路模电课件清华大学华成英4集成运算放大电路》.ppt
三、集成运放的电压传输特性
uO=f(uP-uN)
在线性区： uO＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。
非线 性区
由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。 (uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM , 就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。
i i i 0
华成英 hchya@
§4.3 集成运放的电路分析及其 性能指标
一、读图方法
二、读图举例 三、集成运放的性能指标
华成英 hchya@
一、读图方法
已知电路图，分析其原理和功能、性能。 （1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术 指标。 （2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本 电路。 （3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 （4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功 能和性能。 （5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要 参数。
华成英 hchya@
简化电路 分解电路
三级放大电路
双端输入、单端 输出差分放大电 路
以复合管为放大管、 用UBE倍增电路消 恒流源作负载的共 除交越失真的准 射放大电路 互补输出级
华成英 hchya@
输入级的分析
共集-共基形式 T1和T2从基极输入、射极输出 T3和T4从射极输入、集电极输出 T3、T4为横向PNP型管，输 入端耐压高。共集形式，输入 电阻大，允许的共模输入电压 幅值大。共基形式频带宽。 Q点的稳定： T（℃）↑→IC1↑ IC2↑ →IC8↑ IC9与IC8为镜像关系→IC9↑，因 IC10不变→ IB3↓ IB4↓ → IC3 ↓ IC4↓→ IC1↓ IC2↓
跨导放大器的分析与设计(1)-清华大学模拟集成电路分析与设计
单级OTA
z 输出共模电平 不稳定
依赖于上下 两个电流镜 之间的电流 匹配程度
需要共模反 馈环路来稳 定输出共模 电平
差模半电路
跨导放大器的负载
z 低负载阻抗RL会大幅降低放大器的增益
RL可能是片外负载或来自反馈网络的负载效应
z 反馈系统的高精度要求放大器有高的增益
反馈网络采用高阻值电阻
M2的过驱动电压增加，输出端摆幅减小
z 减小噪声：减小Cgg1，提高M1的特征频率
常用积分公式
单级Cascode放大器
z 减小噪声：减小gm2（减小Cascode管的跨导效率）
M2的过驱动电压增加，输出端摆幅减小 减小gm2/gm1和Cx
两级放大器
推导过程见网 络学堂中上载 的阅读材料
z 降低噪声：增加Cc z 如果CL较小，β较大，第二级对噪声有较大贡献
z 右半平面零点将减小相位裕度
除非gm2>>βgm1
消除右半平面零点的影响
z 消除补偿电容Cc所引起的前馈通路
插入源极跟随器 插入共栅放大器
z 电阻与Miller电容串联
将零点频率推高到无穷远处 将零点移到左半平面，并与非主极点相消
消除右半平面零点：插入源极跟随器
z前馈支路由CC
M3
和Cgs3串联组成：
绝大多数集成放大器都 是OTA
电压控制电流源（VCCS） 高输出阻抗
不能驱动低的电阻性负 载
采用电容性反馈（如开 关电容电路）
提要
z 跨导放大器的基本概念 z 单级跨导放大器 z 两级OTA的基本特性 z 两级OTA的频率补偿：Miller补偿 z 反馈型OTA中的噪声 z 两级OTA的设计 z 阶跃响应：线性建立过程 z 阶跃响应：放大器中的压摆问题
Chap3_c_清华大学模拟集成电路分析与设计
第三章 单管放大器的分析与设计3.4 电阻作负载共源放大器的设计：基于g m /I D 的设计流程前面我们介绍了电阻作负载共源放大器的大信号特性、低频小信号特性、频率响应特性以及噪声特性，本节将以前面各节分析的结果为基础，介绍电阻作负载共源放大器的设计方法。
每一个工程师基于不同的思路会提出不同的设计方法，因此每一个电路的设计方法是多种多样的。
我们这里介绍的是一种基于跨导效率g m /I D 的设计流程和设计方法。
由于这种设计流程和设计方法利用了晶体管的Hspice 仿真结果，从而减小了设计的迭代次数，并且从前一次迭代中很容易发现电路性能出现偏差的原因，为下一次迭代指明方向，因此这种设计流程和设计方法在模拟电路中得到广泛应用。
下面我们以电阻作负载共源放大器的设计为例来介绍基于g m /I D 的设计流程和设计方法。
图3-54给出了一电阻R L 作负载的共源放大器，这里假设信号源是理想的，内阻为0，该放大器驱动一个容性负载C L 。
下面我们先来分析这个简单放大器与设计有关的一些性能参量，然后以一个例子来讨论该放大器的设计问题。
图3-54 电阻作负载的共源放大器（驱动容性负载）该放大器的低频小信号增益为（这里假设晶体管的本征增益g m r o 远高于放大器的低频小信号增益）v m a =-g R L (3-108)由于信号源是理想的，因此晶体管栅极不会给该放大器的传输函数引入极点1，输出节点所引入的极点成为主极点。
若忽略晶体管的C db 和C gd 的影响，则该放大器的-3dB 带宽为31dB L LR C ω−=(3-109) 该放大器在输出端所产生的噪声功率谱密度为：2,(1)o tot m L L LkT kT v g R C C γα=+=⋅ (3-110) 类似于RC 网络，该放大器的输出噪声功率谱密度由负载端电容决定，α为该放大器的噪声放大器因子，它与放大器的增益有关，反应了放大器中MOS 晶体管的噪声贡献大小。
模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第九章运算放大器
合理安排元件的位置，使它们在版图上相对集中， 以减小连线误差和寄生效应。
方向匹配
确保同一类型的元件具有相同的旋转方向，以减 小失配误差。
防止噪声干扰
01
02
03
隔离噪声源
将噪声源与敏感电路隔离， 以减小噪声干扰。
滤波器设计
在版图中加入适当的滤波 器，以减小信号中的噪声 成分。
接地措施
合理接地，减小地线阻抗 和电位差，以减小噪声干 扰。
在数字电路中的应用
模拟数字转换器（ADC）
运算放大器在ADC中用于放大模拟信号并将其转换为数字信 号。
数字模拟转换器（DAC）
运算放大器在DAC中用于将数字信号转换为模拟信号，实现 数字控制和调节。
在信号处理中的应用
信号调理
运算放大器用于信号的放大、缩小、隔离和缓冲，以适应后续的 信号处理或测量设备。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第九章
运算放大器
$number {01}
目 录
• 运算放大器概述 • 运算放大器的基本结构和工作原
理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的设计流程 • 运算放大器的版图设计技巧 • 运算放大器的实际应用案例分析
01
运算放大器概述
定义与功能
定义
运算放大器是一种具有高放大倍数、 高输入电阻和低输出电阻的直接耦合 放大电路，通常由两个晶体管组成。
运算放大器的主要参数
增益
01 运算放大器的放大倍数，通常
用开环增益表示。
带宽
02 运算放大器能够处理的信号频
率范围，通常用单位Hz表示。
输入电阻
03 运算放大器的输入端电阻，通
常用MΩ表示。
输出电阻
chap2_清华大学模拟集成电路分析与设计
Qdep = 4qε 0ε Si N A Φ F
其中， ε 0 = 8.85 × 10
−12
(2-3)
F/m 是真空绝对介电常数， ε Si = 11.9 是硅衬底的相对介电常数。
Cox是单位面积的栅氧化层电容，它与栅氧化层厚度tox之间的关系为
模拟集成电路分析与设计（池保勇）
Cox =
ε 0ε ox
Φ F = VT ln
NA ni
(2-2)
VT=kT/q是热电压，T为绝对温度，q为电子电量，k为波尔兹曼常数，在室温下（T=300K）， 9 3 热电压VT =25.9mV。NA为衬底掺杂浓度，ni=9.65×10 /cm 为本征载流子浓度，Qdep为衬底耗
尽层中的体电荷面密度，它与衬底掺杂浓度有关
模拟集成电路分析与设计（池保勇）
第二章 模拟集成电路中的元器件
无论多么复杂的电路，都是由一个个基本元器件搭起来的。相对于数字电路来说，模拟电路 的性能与它们所用的元器件关系更密切， 因此在介绍具体的电路之前， 有必要介绍模拟集成 电路中所用基本元器件的基本特性。 本章对基本元器件的介绍， 将以模拟集成电路应用为背 景， 让读者了解与模拟集成电路有关的基本元器件知识， 但不过多涉及元器件本身的物理特 性和理论推导。 模拟集成电路中用到的元器件可分成三类：MOS晶体管、双极型晶体管和无源元件，因此本 章分成三部分来分别介绍这些元器件的基本特性。 随着CMOS工艺技术的发展和芯片集成度的 提高，低频模拟电路越来越广泛的使用CMOS工艺来实现，MOS晶体管是电路中使用最多的器 件。但是，由于模拟电路的特殊性，双极型晶体管和电阻、电容（甚至电感）在很多模拟集 成电路中也常遇到，因此，作为一个优秀的模拟集成电路设计工程师，除了很好的掌握MOS 晶体管的特性之外，对双极型晶体管和各无源元件的特性也应该有所了解。
模电课件--清华大学--华成英--4-集成运算放大电路
U BE1 = U BE0,I B1 = I B0 I C1 = I C0 = I C
I R = I C 0 + I B0 + I B1 = I C +
IC =
电路中有负反 馈吗? 馈吗?
2I C
β β +2
β
IR
若β >> 2 ,则I C ≈ I R
华成英 hchya@
以复合管为放大管, 以复合管为放大管, 用UBE倍增电路消 除交越失真的准 恒流源作负载的共 除交越失真的准 射放大电路 互补输出级
华成英 hchya@
输入级的分析
共集-共基形式 共集 共基形式 T1和T2从基极输入,射极输出 从基极输入, T3和T4从射极输入,集电极输出 从射极输入, T3,T4为横向 为横向PNP型管,输 型管, 型管 入端耐压高.共集形式, 入端耐压高.共集形式,输入 电阻大, 电阻大,允许的共模输入电压 幅值大.共基形式频带宽. 幅值大.共基形式频带宽. Q点的稳定: 点的稳定: 点的稳定 T(℃)↑→IC1↑ IC2↑ →IC8↑ ( IC9与IC8为镜像关系 C9↑,因 为镜像关系→I , IC10不变 IB3↓ IB4↓ → IC3 ↓ 不变→ IC4↓→ IC1↓ IC2↓
第四章 集成运算放大电路
华成英 hchya@
第四章 集成运算放大电路
§4.1 概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 集成运放的电路分析及其性能指标
华成英 hchya@
§4.1 概述
一,集成运放的特点 二,集成运放电路的组成 三,集成运放的电压传输特性
华成英 hchya@
§4.2 集成运放中的电流源
模拟集成电路中的基本元器件-清华大学模拟集成电路分析与设计
模拟集成电路中的基本元器件提要z MOS管概述、基本工作原理、大信号特性、管概本作大信特性电容特性小信号等效模型非想效应电容特性、小信号等效模型、非理想效应、描述MOS管性能的电路参数z双极晶体管的大信号特性、小信号等效模双极晶体管的大信号特性小信号等效模型z集成电阻器z集成电容器MOS 管概述、基本工作原理、大信号特性电容特性小信号等效模型z B.Razavi,“Design of Analog CMOS 性、电容特性、小信号等效模型,g g Integrated Circuits”,§2.1、§2.2、§2.4MOS管概述耗尽型器件NMOS：B接V SSPMOS：B接V DDMOS管概述MOS管的基本工作原理MOS管的基本工作原理（续）MOS管的基本工作原理（续）MOS管的基本工作原理（续）MOS管的大信号特性MOS管的电容效应CWLMOS管的电容效应MOS管的常用小信号模型（饱和区）MOS管的完整小信号模型MOS管的非理想效应y,y gz P.R.Gray,“Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”,§1.7、§1.8v E c≈MOS 管的电压限制z pn 结击穿：漏－衬底pn 结由于雪崩效应而击穿，非破坏性z 源漏穿通：源漏极的耗尽区相连，电流逐渐增加，非破坏性z 热载流子：由于水平或垂直电场的作用，热载流子获得足够的速度注入氧化层增加栅电流改变阈获得足够的速度注入氧化层，增加栅电流，改变阈值电压，破坏性氧化层击穿z 氧化层击穿：垂直场，破坏性，ESD 保护cm V cm V /107~/10666××描述OS管性能的电路参数MOS结果说明MOS 晶体管的特征频率11()i gs gd v i C C s=+m T g C ω=1m g =v g i ≈C +2T f C C π+()()()j j i j C C j βωωωω===+i gs gd特征频率仿真结果说明道2z 长沟道、饱和区：m o ov g r V λ=结果说明描述MOS管性能的电路参数提要z MOS管概述、基本工作原理、大信号特性、管概本作大信特性电容特性小信号等效模型非想效应电容特性、小信号等效模型、非理想效应、描述MOS管性能的电路参数z双极晶体管的大信号特性、小信号等效模型双极晶体管的大信号特性小信号等效模型z集成电阻器z集成电容器P.R. Gray, “Analysis andDesign of Analog IntegratedD i f A l I t t dCircuits”, §1.3、§1.4双极晶体管概述βnpn 管的Early 效应I CEC C V I ∂/npn 管在饱和区的大信号模型=)(on BE BE V V )3.0~05.0(~)(V V V V V V V sat CE BC BE BE CB CE =−=+=V BE双极晶体管的寄生效应集成pnp管z水平pnp管：电流增益低，电流增益随集电极电流的升而很快下降处电流能力弱电流的上升而很快下降，处理电流能力弱集成pnp管z衬底pnp管：仅限于源跟随器配置，集电极寄生电阻大')1()('2DS t GS D k V V V W k I λ=+−=22LBJT与MOS管的异同：小信号模型rπ→∞器件模型的选择z手工分析和设计的目的：直观理解电路特性，设计过手工分析和设计的目的直观理解电路特性设计过程的初始化z总原则：在保证分析结果抓住电路主要特性的前提下，器件模型越简单越好，允许手工分析结果具有10-20%的偏差z静态工作点分析（一般情况下）初始分析可以忽略沟道长度调制效应和衬偏调制效应（Early效应），了解基本特性后再考虑这些二阶效应的影响E l效应）z小信号分析（一般情况下））除非晶体管漏端（集电极）所接阻抗足够高（>100kΩ），初始分析可以忽略晶体管输出阻抗ro。
analysis and design of anaalog integrated circuits
analysis and design of anaalog integrated circuits 1. 引言1.1 概述本文旨在对模拟集成电路的分析和设计进行深入研究。
随着科技的不断发展，模拟集成电路在各个领域都扮演着重要的角色。
模拟集成电路可以用于处理连续信号，在通信、消费电子、医疗设备等领域中得到广泛应用。
因此，对于模拟集成电路的分析和设计具有重要意义。
1.2 文章结构本文将围绕以下几个方面展开：首先，我们会介绍进行模拟集成电路分析和设计所需的基础知识，包括模拟电路概述、集成电路设计流程以及基本元件和模块介绍。
接着，我们将探讨常用的模拟集成电路分析方法，并重点关注信号传输与放大特性分析以及射频电路分析与建模方法。
然后，我们将通过案例研究的方式深入了解模拟集成电路设计技术和应用，具体包括Op-Amp设计与应用案例研究、低功耗电路设计技术研究以及多功能混合信号集成芯片设计与应用研究。
最后，我们将进行总结，概括主要观点和发现的结果，并展望相关研究的前景和挑战。
1.3 目的本文的目的在于提供一个全面而深入的分析和设计模拟集成电路的指南。
通过对基础知识、分析方法和设计技术的介绍，读者可以了解模拟集成电路领域的最新进展，并在实际应用中能够进行有效的设计和分析。
同时，本文还旨在激发读者对于相关领域研究的兴趣，并为未来模拟集成电路研究提供一些建议和展望。
通过本文的阅读，读者将能够更好地理解模拟集成电路，并将其知识应用到实践中，促进科技创新与发展。
2. 分析和设计的基础知识2.1 模拟电路概述模拟电路是指以连续信号为处理对象的电路系统，其输入和输出均为连续时间变化的物理量。
在模拟电路设计中，我们需要理解模拟信号的特性、传输规律、放大与滤波等基本原理。
2.2 集成电路设计流程集成电路（IC）设计是将数百甚至数千个电子元件、器件或功能模块集成到单个芯片上的过程。
在集成电路设计流程中，有以下几个关键步骤：a) 需求分析：根据所要实现的功能需求，明确设计目标和性能指标。
期末清华大学模拟集成电路池保勇考题
发信人: Pretest (我是匿名天使), 信区: Pretest标题: 模拟集成电路分析与设计_池保勇_20060105发信站: 自由空间 (Thu Jan 5 22:33:45 2006), 站内池老师还是很厚道的，把讲义好好看看，作业弄熟了就没什么问题了。
一、简答题（8选5，40'）1、二端口网络如何用噪声源等效，噪声源的求法2、什么是telescopic和（折叠型？）cascode电路，描述性能特点3、画出电流镜负载差分对大信号特性，可以分为哪几个区域，每个区域管子工作状态4、什么是相位裕度，PSRR，CMCC，还有一个忘了。
5、运放设计为什么需要相位补偿？相位补偿的方法？6、全差分运放中，共模反馈环路的工作原理7、开关电容电路中，MOS管作开关存在哪些非理想效应？怎样消除或减少8、比较器性能的主要参数，分别简述含义二、讲义上那个用两套电流镜的迟滞比较器，解释工作原理，求正负转换点三、开关电容电路四、全差分运放，求adm，acm，acmc五、两级运放，第一级为双端到单端转换的放大器，不过负载不是有源电流镜（需要自己分析不能套公式）。
第二级为共源放大，有密勒补偿电容。
求放大倍数，主极点，然后给出单位增益带宽，求相位裕度。
发信人: sleepyboy (想学钢琴), 信区: Pretest标题: 2005-模拟集成电路分析与设计(池保勇)发信站: 自由空间 (Tue Jan 11 17:19:32 2005), 站内一、问答(7选5)1.折叠型cascode放大器的基本原理2.全差分运放中，共模反馈环路的工作原理3.名词解释：噪声带宽，功率谱密度4.什么是再生式比较器，原理？5.比较器性能的主要参数，分别简述含义6.全差分功放，其优缺点7.开关电容电路中，MOS管作开关存在哪些非理想效应？怎样消除或减少。
二、给出一个放大器电路，求静态工作点，等效噪声系数三、迟滞性比较器，求正、负向转换点，画电压输入输出曲线四、2相非重叠时钟开关电容电路，和课件上的例题基本一样五、全差分运放，求低频下的共、差模增益2小时的考试时间延了半个小时（比期中延得少多了。
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清华大学微电子学研究所May 26, 2008单端输出运算放大器的分析与设计
z教材：Behzad Razavi，“Design of Analog CMOS Integrated Circuits, §9
CMOS Integrated Circuits”
z P.R. Gray, “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, §6.4～§6.7
Integrated Circuits”6467
提要
z运放的典型结构与分析方法；
放结构析法
z输入级：电流镜作负载的差分对；
z单端输出的基本两级OTA的分析流程；z带缓冲输出级的运算放大器
运放的典型结构和分析方法
运算放大器的典型结构
输出级：驱动低电
阻型负载，需要缓
冲输出级；不驱动
冲输出级不驱动
低电阻型负载，不
需要缓冲输出级
运放的增益
级结构
分析过程
输入级：电流镜作负载的差分对
B. Razavi, “Design of Analog CMOS Integrated
Circuits”, §5.3，§6.6
基本特性
z自偏置
z差分到单端转换
大信号分析
z V in1-V in2=0时，V out =V F =V DD -V SG3
I M1Curre M4工作于线性区M2截止I ent
M20
V in1-V in2M2工作于线性区
M1截止
同时饱和时可以得到
输出电压最小值
输入共模范围z 共模范围：所有晶体管都工作于饱和区时输入共模电压的范围，这时放大器具有最大的小信号增益
z 差模电压设为0，改变共模电压，直到某一个晶体管离开饱和区
z 共模电压的最大值：
z 共模电压的最小值(M5饱和）z 共模时，V DS4＝V GS3 饱和
2,1,GS CM in P V V V −=P SG DD DS V V V V −−=31M1、M2饱和：5
)(55t b sat DS DS P V V V V V −=≥=V V V +≥V 13,tn SG DD CM in V V V V +−≤2,1)(5,GS sat DS CM in P
CM in GS V V −=,1
差模小信号分析模信
z 不能用半电路，P 点不是
虚地点
r o1和r o2的影响
差模小信号分析
戴维营等效定
理的适用条件
m p in m p g v v g ()2/([2,12,1+−=0
≈⇒∞→v R
out CM
14,3||o CM
r A ≈A
1
A +
基本两级MOS运算放大器的分析P.R. Gray, “Analysis and Design of Analog
Integrated Circuits”, §6.3
Integrated Circuits”63
3 GS 6
同电流镜作负载的差分对
)
频率响应和频率补偿
所引起的极点频率和零点频率远大于其它极点频
3
6
m g 2,1=C
C
带缓冲输出级的运算放大器：驱动大的电容负载或者小的电阻负载
带缓冲输出级的运算放大器的补偿z在第二、第三级都进行Miller补偿
在第第级都进行
z仅在第二级进行Miller补偿
推挽输出级
65dB, 60MHz(C L=1pF), I BIAS=50uA
总结
z运放的典型结构与分析方法；
放结构析法
z输入级：电流镜作负载的差分对；
z单端输出的基本两级OTA的分析流程；z带缓冲输出级的运算放大器。