两级运算放大器设计文档-20150116

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两级运放设计要点

两级运放设计要点引言：两级运放是电子电路中常用的一种放大电路，它由两级放大器级联而成。

本文将介绍两级运放的设计要点，并探讨其在电子电路中的应用。

一、两级运放的基本原理两级运放由两个放大器级联组成，第一级放大器称为输入级，第二级放大器称为输出级。

输入级负责将输入信号放大并将其传递给输出级进行进一步放大，最终得到输出信号。

1. 输入级的设计要点输入级的设计要点包括：（1）选择合适的输入级放大器。

根据需求选择合适的放大器类型，如共射放大器、共基放大器或共集放大器等，以满足电路的输入阻抗和放大倍数要求。

（2）确定合适的偏置电路。

为了确保输入级的工作点稳定，需要设计合适的偏置电路来提供适当的偏置电压。

（3）考虑输入阻抗和带宽的平衡。

输入级应具有足够高的输入阻抗以避免对信号源的负载影响，同时还应考虑输入级的带宽，以确保信号能够在整个频率范围内得到放大。

2. 输出级的设计要点输出级的设计要点包括：（1）选择合适的输出级放大器。

根据输出要求选择合适的输出级放大器类型，如共射放大器、共基放大器或共集放大器等，以满足输出阻抗和输出功率要求。

（2）确定适当的负载电阻。

根据输出级放大器的特性和负载要求，选择适当的负载电阻，以确保输出信号能够得到正确的匹配和传递。

（3）考虑输出阻抗和带宽的平衡。

输出级应具有足够低的输出阻抗以减小对负载的影响，并且还应考虑输出级的带宽，以确保信号能够在整个频率范围内得到放大。

二、两级运放的应用两级运放在电子电路中有广泛的应用，下面将介绍一些常见的应用场景。

1. 音频放大两级运放可以用于音频放大电路中，将低电平的音频信号放大到足够大的电平以驱动扬声器或耳机。

通过合适的输入级和输出级设计，可以实现音频信号的放大，并保持音质的清晰度和准确性。

2. 信号传感器放大在传感器应用中，两级运放可以用于放大传感器输出的微弱信号，以便进行后续的信号处理和分析。

通过适当的输入级和输出级设计，可以提高传感器信号的灵敏度和稳定性，从而提高系统的性能。

CMOS 两级运算放大器设计

第一章概述
本设计要完成的电路如图 1 所示。该运放采用两级结构，第一级是差分对输入，镜像电流源作负载，第二级是共源输入，电流源负载。由于两级结构至少有两个极点，相位偏移达到至少 180°，因此用密勒电容进行补偿，同时为增大相位裕度，在密勒电容前串接一个电阻，此处用 MOS 管实现，来引入一个零点，增大相位裕度。偏置电路采用微电流源，或恒 Gm 偏置，使偏置不受电源的影响。本设计电源电压采用 5V，负载电容 3pF。
1
M1 VN
M2 VP
2
3
M3
M4
GND 图 3 第一级等效电路
图 4 第一级小信号等效电路
由图 4 得第一级共模增益
− 1 || ro3,4
Acm1 ≈
2gm3,4 2
1 2 g m1,2
+
ro5
≈− 1
gm1,2
1 + 2gm1,2ro5 gm3,4
两级运放的 CMRR 与第一级的 CMRR 相等，故
0.9(VDD-VSS)]
静态功耗开环直流增益单位增益带宽
≤ 2mW ≥ 80 dB Maximize
相位裕量转换速率共模抑制比负电源抑制比等效输入噪声
≥ 60 degree ≥ 30 V/us ≥ 60dB ≥ 80dB ≤ 300 nV/rt Hz@1KHz
第 2 页 / 共 26 页
+ RO (Cc
+ CL )⎤⎦ +1
其中 ξ = CECc + CECL + CcCL
在 CE << Cc ,CL 时，两个极点分别为
( )( ) ( ) ( ) ( ) ϖ p1 = RS

两级全差动运算放大器的设计

两级全差动运算放大器的设计华中科技大学IC课程设计两级全差动运算放大器的设计年级:学号:姓名:专业:指导老师:二零一一年十二月摘要应用0.18umCMOS工艺，设计了一个放大倍数为86dB、单位增益带宽为360MHz、负载为1pF的两级全差动运算放大器。

可以满足一定的高速度、高精度的指标。

两级分别由一个差分的共源放大器和一个折叠式放大器组成。

通过运用差动输出代替普通两级运算放大器的单端输出，从而提高了输入动态范围、抑制共模信号和噪声的能力等性能。

因此，优于一些传统的两级运算放大器。

关键词：全差动运算放大器；共源放大器；折叠式放大器AbstractA fully differential operational amplifier with a DC-gain of 86dB and a gain-bandwidth of 360 MHz has been implemented in a 0.18um CMOS process.It can satisfy the index of high speed and high precision.And the two level is respectively made up of a common-source amplifier and a Folding amplifier.Therefore,it is better than some of the traditional operational amplifier.Keywords:fully differential operational amplifier; common-source amplifier; Folding amplifier目录摘要 (1)Abstract (2)1.引言 (4)2. 两级全差动运算放大器设计要求 (4)3. 电路分析与设计 (4)3.1.第一级运算放大器设计 (5)3.1.1第一级差模电压增益 (6)3.1.2.共模电压输入范围 (6)3.1.3.第一级增益带宽积GBW (7)3.1.4.第一级MOS管宽长比 (7)3.1.5.第一级仿真结果 (7)3.2.第二级运算放大器设计 (8)3.2.1.第二级差模电压增益 (9)3.2.2.偏置电压与偏值电流 (9)3.2.3.增益带宽积与负载电容 (9)3.2.4.第二级MOS管宽长比 (9)3.2.5.第二级仿真结果 (10)3.3.两级联仿 (10)3.3.1.差分压摆率 (11)3.3.2.静态功耗 (11)3.3.3.等效输入参考噪声 (11)3.3.4.相角裕度 (12)3.3.5.两级联仿结果 (13)4. 结论 (13)致谢 (14)参考文献 (14)心得体会 (15)1.引言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。

两级放大器设计范文

两级放大器设计范文在电子电路设计中，放大器是广泛应用的一种电路元件，用于增大信号幅度。

在放大器设计中，常见的一种设计是两级放大器设计。

本文将详细介绍两级放大器的设计步骤及注意事项。

一、设计步骤1.确定放大倍数：首先需要确定所需的放大倍数，通常通过分析输入信号和输出信号的电压幅度来确定。

放大倍数的选择受到输入和输出电压的限制以及系统的噪声要求等因素的影响。

2.选择放大器的类型：根据所需的放大倍数和应用要求，选择适当的放大器类型。

常见的放大器类型包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。

3.计算放大器参数：根据选择的放大器类型，计算所需的电路参数，包括输入电阻、输出电阻、增益、功耗等。

4.设计输入电路：根据所需的输入阻抗和输入信号频率，设计适当的输入电路，如耦合电容、终端电阻等。

5.设计输出电路：根据所需的输出阻抗和输出负载要求，设计适当的输出电路。

输出电路通常包括输出耦合电容和负载电阻等。

6.选择和计算元件值：根据所选的放大器类型和设计要求，选择适当的电容、电阻和功率放大器等元件，并计算其数值。

在计算元件值时，需要考虑电路的稳定性、频率响应和功耗等因素。

7.进行仿真和优化：使用电路仿真软件进行电路仿真，检查电路的性能和稳定性。

通过仿真结果，优化电路的设计参数，以满足设计要求。

8.装配和测试：根据设计要求，装配电路并进行测试。

测试结果应与设计目标相符。

二、注意事项1.稳定性：在设计过程中，要注意电路的稳定性。

稳定性是指放大器在各种工作条件下，如温度、电源变化等的影响下，仍能保持其增益和频率特性的稳定性。

为了提高稳定性，可以采取稳定性增强技术，如增加补偿电容、降低放大器的Q值等。

2.频率响应：放大器的频率响应是指其输出信号幅度对于输入信号频率变化的响应能力。

在设计过程中，需根据应用要求，选择适当的频率范围和带宽，并通过选择合适的元件和电路结构来优化频率响应。

3.线性度：放大器的线性度是指其输出信号与输入信号之间的线性关系程度。

2级运放课程设计

2级运放课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握二级运放的基本原理，理解运放电路的组成及各部分功能。

2. 使学生了解二级运放电路的电压增益、输入输出阻抗等性能参数，并能进行简单的计算。

3. 引导学生掌握运放电路的频率响应特性，了解影响频率响应的因素。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识设计二级运放电路的能力，能够根据需求选择合适的运放型号及外围元件。

2. 提高学生分析、调试二级运放电路的能力，能够解决实际应用中遇到的问题。

3. 培养学生使用仿真软件对二级运放电路进行仿真测试，优化电路设计。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学生主动探究、创新的精神。

2. 培养学生团队协作精神，提高沟通与表达能力，学会倾听他人意见。

3. 引导学生认识到电子技术在国家发展和社会进步中的重要性，树立为国家和民族振兴贡献力量的信念。

课程性质分析：本课程为电子技术专业课程，旨在使学生掌握二级运放的基本原理、电路设计及应用，提高学生实际操作能力。

学生特点分析：二年级学生已具备一定的电子技术基础，具有较强的求知欲和动手能力，但部分学生对理论知识掌握不够扎实。

教学要求：1. 理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力。

2. 采用案例教学，提高学生的实际应用能力。

3. 强化团队合作，培养学生的沟通与表达能力。

二、教学内容1. 二级运放基本原理：讲解运放的理想模型、工作原理，重点分析差分放大电路、互补输出级电路的原理及作用。

相关教材章节：第二章第二节2. 二级运放性能参数：介绍电压增益、输入输出阻抗、带宽等性能参数，并进行简单的计算分析。

相关教材章节：第二章第三节3. 运放电路设计：讲解如何根据需求选择合适的运放型号，设计二级运放电路，包括偏置电路、反馈网络等。

相关教材章节：第二章第四节4. 运放电路的频率响应：分析影响运放电路频率响应的因素，探讨如何优化电路设计以提高频率响应性能。

相关教材章节：第二章第五节5. 仿真软件应用：介绍仿真软件在二级运放电路设计中的应用，指导学生进行电路仿真测试及优化。

两级全差动运算放大器的设计

两级全差动运算放大器的设计班级:自动化0905姓名:余陆洋学号:U200914361同组人姓名:刘洁、戴伟、王睿祺题目要求根据性能指标的要求，选择合适的放大器类型，采用0.18um CMOS 工艺，设计一个两级运算放大器性能指标如下：电源电压： 1.8V 第一级增益： ≥20dB 第一级GBW: ≥500MHz 两级增益： ≥80dB 相位裕度： ≥60º差分压摆率： ≥200V/us等效输入参考噪声：200nV/Hz @1MHz 负载电容： ≤1pF静态功耗：尽可能小，不做具体要求人员分工余路洋：运放整体仿真刘洁：网表的编写戴伟：第一级运放与第二级运放的仿真王睿祺：电路参数的设计整体设计1）基本参数设定mV V V TH G S 200=- V V TN 5.0=V V TP 4.0-= 4106.4-⨯=ox n C u4103.2-⨯=ox p C u2）基本公式Lmip c g GBW π2=tn ds Dm v v I g -=2 2)(21TH GS ox D V V L WuC I -=3）第一级运放设计：inn由题目可知，要满足设计要求最主要的是确定MOS 管的宽长比以及偏置电流。

我们取负载电容为L c =0.4Pf ，由此可确定ID 的大小，又由于mV V V TH G S 200=-所以由图可知,增益：30db,GBW>500W.4）第二级运放设计增益>50db5）整体设计a)增益>80dbb)由下图可以看出相位裕度>60o,满足要求差分压摆率>0.4v/2ns=200V/us,所以满足要求c)等效输入参考噪声在1MHz时<200nV/Hz.d)静态功耗:网表程序*two_stage_amp.option post=2 numdgt=7 tnom=27.lib 'C:\rf018.l' tt.global VDD! GND!.PARAM************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down* Cell Name: amp_stage_two* View Name: schematic************************************************************************.SUBCKT amp_stage_two Iref2 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn Voutp*.PININFO Iref2:I Vb2:I Vb3:I Vb4:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:OMM7 net087 Vb2 vdd! vdd! pch l=300n w=805n m=1MM6 Voutp Vb3 net087 vdd! pch l=300n w=5.39u m=1MM5 net33 Vb2 vdd! vdd! pch l=300n w=805n m=1MM4 Voutn Vb3 net33 vdd! pch l=300n w=5.39u m=1MM12 net33 Vip net30 gnd! nch l=300n w=2u m=1MM13 net087 Vin net30 gnd! nch l=300n w=2u m=1MM11 Iref2 Iref2 gnd! gnd! nch l=280.0n w=2u m=1MM10 net30 Iref2 gnd! gnd! nch l=280.0n w=3u m=1MM3 Voutp Vb4 net42 gnd! nch l=400n w=805n m=1MM2 net42 Vcm gnd! gnd! nch l=1u w=405n m=1MM1 Voutn Vb4 net46 gnd! nch l=400n w=805n m=1MM0 net46 Vcm gnd! gnd! nch l=1u w=405n m=1.ENDS************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down* Cell Name: amp_stage_one* View Name: schematic************************************************************************.SUBCKT amp_stage_one Iref1 Vcm Vin Vip Voutn Voutp*.PININFO Iref1:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:OMM5 Iref1 Iref1 vdd! vdd! pch l=1u w=105.0000u m=1MM4 net23 Iref1 vdd! vdd! pch l=1u w=900.0000u m=1MM3 Voutp Vin net23 vdd! pch l=180.0n w=705.0000u m=1MM2 Voutn Vip net23 vdd! pch l=180.0n w=705.0000u m=1MM1 Voutn Vcm gnd! gnd! nch l=180.0n w=5.645u m=1MM0 Voutp Vcm gnd! gnd! nch l=180.0n w=5.645u m=1.ENDS************************************************************************ * Library Name: Mixer_Down* Cell Name: two_stage_amp* View Name: schematic************************************************************************ *.PININFO Vb2:I Vb3:I Vb4:I Vcm:I Vin:I Vip:I Voutn:O Voutp:OCC2 Voutp gnd! 1.0000p $[CP]CC5 net048 Voutp 20f $[CP]CC3 Voutn gnd! 1.0000p $[CP]CC4 net049 Voutn 20f $[CP]XI22 net044 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip net049 net048 / amp_stage_two *.SUBCKT amp_stage_two Iref2 Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn VoutpXI21 net076 Vcm net049 net048 Voutn Voutp / amp_stage_one*.SUBCKT amp_stage_one Iref1 Vcm Vin Vip Voutn Voutp*.SUBCKT two_stage_amp Vb2 Vb3 Vb4 Vcm Vin Vip Voutn VoutpVVin Vin 0 DC 0.9 AC 1.0VVip Vip 0 DC 0.9 AC 1.0 180VVb2 Vb2 0 0.8VVb3 Vb3 0 0.5VVb4 Vb4 0 1.3VVcm Vcm 0 0.9VVdd vdd! gnd! 1.8Iref1 net076 0 180uIref2 vdd! net044 10u*VVin Vin 0 0 PULSE 0 1.0 0.1N .1N .1N 100N 100N*RVip Vip 0 1k*.TRAN 0.1N 100N*.PRINT TRAN V(Vin) V(Voutn).AC DEC 10 1 3G.PRINT AC VDB(Voutp) VP(Voutp).noise V(Voutp) VVip 10.END。

二级运算放大器设计

二级运算放大器设计引言二级运算放大器是一种常见的电路设计，广泛应用于模拟电路中。

它的主要作用是放大输入信号，并对信号进行滤波和放大。

在本文中，我们将介绍二级运算放大器的设计原理和步骤。

设计原理二级运算放大器是由两个级联的放大器构成，其中第一个级别为输入放大器，第二个级别为输出放大器。

输入放大器负责放大输入信号，而输出放大器将输入放大器的输出信号再次放大。

采用两级放大器的设计可以获得更高的放大倍数和更好的性能。

设计步骤步骤一：确定放大器的规格和需求在设计二级运算放大器之前，需要明确放大器的规格和需求。

这包括： - 输入信号的频率范围 - 期望的增益 - 输出电阻 - 噪声和失真要求等。

步骤二：选择适当的放大器配置根据放大器的规格和需求，选择适当的放大器配置。

常见的放大器配置包括共射放大器、共基放大器、共射共基放大器等。

我们可以根据输入信号的特性和输出要求来确定最合适的放大器配置。

步骤三：计算放大器的基本参数在确定放大器配置后，需要计算放大器的基本参数，例如输入电阻、输出电阻和增益。

这些参数可以帮助我们进一步确定电路的结构和元件的取值。

步骤四：选择合适的元件根据计算结果，选择合适的元件。

例如，我们可以选择合适的晶体管、电容器和电阻器来实现所需的放大器性能。

步骤五：进行电路仿真和分析在选择元件后，进行电路仿真和分析。

可以使用电路仿真软件，如LTspice、NI Multisim等，对电路进行模拟，并分析电路的性能和响应。

步骤六：优化和调整电路根据电路仿真和分析的结果，进行必要的优化和调整。

可以尝试不同的元件取值和电路结构，以获得更好的性能和响应。

步骤七：布局和制造电路板在确定电路设计后，进行电路布局和制造电路板。

合理的电路布局可以减少干扰和噪声，并提高电路的稳定性和可靠性。

步骤八：测试和验证电路性能最后，对制造好的电路进行测试和验证。

可以使用示波器、信号发生器和频谱分析仪等仪器，对电路的增益、相位响应和稳定性进行测量和验证。

完整word版CMOS二级运算放大器设计

CMOS 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 1.1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1.1两级运放电路图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。

三.电路设计第一级的电压增益:A l =G mi R, = g m2 (r o2 11 r o4) (3.1)第二级电压增益:A2 = -G m2R^ - g m6 (r o6 H r o7) (3.2) 所以直流开环电压增益:A o — Al A2 ~ —g m2 g m6 (r o2 || r o4 )( r o6 || r o7) (3.3)单位增益带宽:G B WA O f^-gm122 c (3.4)表1两级运放设计指标偏置电流:、2R C g m6 = (W/L)14Y (W 儿)131.2g m1以上公式推导过程简略，具体过程可参考相关专业书籍。

根据这些公式关系,2根据系统失调电压:转换速率:相位补偿:■KP n (W/L)i2R ； J (W/L) (W/L)12 1(3.5)(W/L)3 (W/L)4 1(W/L)5 (W/L)6(W/L)62(W/L)7SR = min *1DS5 1DS7 — 1DS5C cC L(3.6)(3.7)(W/L)6 ((W/L)11 _ g m6 +[(3.8)四.HSPICE 仿真.title test.lib E:\h05mixddst02v231.lib tt vdd vdd 0 5 vss vss 0 0.subckt opamp vn vp out vdd vss m1 2 vn 1 1 mp w=120u l=1u m2 3 vp 1 1 mp w=120u l=1u m3 2 2 vss vss mn w=40u l=1u m4 3 2 VSS vss mn w=40u l=1u m5 1 6 vdd vdd mp w=16u l=1u m6 out 3 vss vss mn w=160u l=1u m7 out 6 vdd vdd mp w=32u l=1u * bias circuit m8 6 6 vdd vdd mp w=3.2u l=1u m9 7 6 vdd vdd mp w=3.2u l=1u m10 6 7 8 vss mn w=6u l=1u m11 7 7 9 vss mn w=6u l=1u m12 8 9 10 vss mn w=24u l=1u m13 9 9 vss vss mn w=6u l=1u rb 10 vss 6k* miller cc 4 out 1.5 p cl out vss 3pm14 4 7 3 vss mn w=20u l=1u .en dsx1 vn vp out vdd vss opamp x2 vp vpout1 vdd vss opamp x3 out2 vi out2 vdd vss opamp x4 vn vn out3 vdc vss opampx5 vn vn out4 vdd vsc opamp vp vp 0 dc 2.5 ac 1 vn vn 0 dc 2.5 vi vi 0 p ulse(2 3 20ns 0.1 ns 0.1 ns 200ns 400ns)根据已经计算好的器件参数,写成电路网表。

二级运放设计教程

3.9.2 输入积分噪声 .......................................................................................... 25 4 电路设计 ............................................................................................................ 26 4.1 4.2 4.3 MOS 工作区域 ............................................................................................ 26 过驱动电压的影响....................................................................................... 27 约束分析 ..................................................................................................... 27
4.3.1 对称和失调 .............................................................................................. 27 4.3.2 静态功耗 ................................................................................................. 27 4.3.3 面积 ........................................................................................................ 27 4.3.4 直流增益 ................................................................................................. 28 4.3.5 共模抑制比 .............................................................................................. 28 4.3.6 电源抑制比 .............................................................................................. 28 4.3.7 转换速率 ................................................................................................. 28 4.3.8 等效输入噪声 .......................................................................................... 28 4.4 4.5 相位补偿 ..................................................................................................... 29 计算参数 ..................................................................................................... 29

2级运放电路课程设计

2级运放电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解并掌握二级运放电路的基本原理，包括负反馈、增益计算和频率响应。

2. 使学生能够识别并描述常见的二级运放电路类型，如非反相放大器、反相放大器、电压跟随器等。

3. 培养学生运用二级运放电路进行信号放大、滤波等实际应用的能力。

技能目标：1. 培养学生动手搭建和测试二级运放电路的能力，掌握相关仪器的使用方法。

2. 培养学生运用所学知识分析和解决实际电路问题的能力，包括调试和优化电路。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对电子技术的兴趣和热情，培养其主动探索科学问题的精神。

2. 培养学生的团队合作意识，使其在合作中学会沟通、分享和承担责任。

3. 培养学生严谨、务实的科学态度，养成认真观察、准确记录和分析实验数据的良好习惯。

课程性质：本课程为电子技术基础课程，以理论教学和实验操作相结合的方式进行。

学生特点：二年级学生，具备一定的电子技术基础，具有较强的动手能力和好奇心。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。

在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论教学：- 运放电路基本原理回顾，重点讲解负反馈的工作机制。

- 二级运放电路的组成、功能及分类，包括非反相放大器、反相放大器、电压跟随器等。

- 增益计算和频率响应分析，结合实际电路讲解影响增益和带宽的因素。

2. 实验教学：- 搭建非反相和反相放大器电路，学习使用多用途运放芯片。

- 测量和分析二级运放电路的增益、输入输出阻抗等性能参数。

- 设计简单的滤波电路，观察不同频率信号的放大和滤波效果。

3. 教学大纲安排：- 第一周：回顾一级运放电路，引入二级运放电路的概念。

- 第二周：理论讲解二级运放电路的原理，分类及性能分析。

- 第三周：实验操作，搭建和测试非反相和反相放大器。

- 第四周：实验操作，搭建和测试电压跟随器及滤波电路。

两级CMOS运算放大器设计

理论上说，运放的差模电压增益为无限大，输入阻抗也是无限大，输出阻抗为零，但实际的运放的性能只能接近这些值；
运放作为一种有足够正向增益的放大器，当加上负反馈时，其闭环转移函数与运放增益无关；
2
西安电子科技大学
CMOS运算放大器的基本分类
两级CMOS运算放大器套筒式共源共栅CMOS运算放大器（单级）折叠共源共栅CMOS运算放大器（单级） Rail-to-Rail CMOS运算放大器 Chopper CMOS运算放大器
7
补偿电容的反馈作用，把两个极点拉开。
密勒定理
西安电子科技大学
（a）
（b）
Z11ZAV
,Z2
Z 1AV1
式中，AV VY /VX，是所关心频率下的小信号增益，
通常为简化计算，我们一般用低频增益来代替AV，这样足可以使我们深入理解电路的频率特性。
8
西安电子科技大学
二、两级运放的频率补偿
运放一般用在负反馈结构中，在此结构中，相当高而又不确定的开环增益和反馈一起作用，可以获得一个很准确的转移函数，它是含有反馈参数的函数
C C g d 2 C g d 4 C g s 5 C d b 2 C d b 4 C C g d6 C d b5 C d b6 C L
13
：传输函数
V o u t(s)gm 1R 1gm R ' ' A 0 ' ' V in(s) (s')(s') (s')(s')
两个极点的位置：
共源共栅结构虽然在一定程度上提高了电路增益，但是却限制了电路的输出摆幅；
提出两级放大器的结构。
5
西安电子科技大学
CMOS两级运算放大器的基本特性（性能指标）

两级放大电路课程设计

两级放大电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解两级放大电路的基本原理，掌握放大电路的主要组成部分。

2. 学生能描述两种不同类型的放大电路（如共发射极和共集电极）的工作原理和特点。

3. 学生能够运用数学表达式计算放大电路的主要参数，如增益、输入/输出阻抗等。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识设计简单的两级放大电路，并使用仿真软件进行模拟。

2. 学生能够分析两级放大电路的频率响应，并进行相应的调整以达到预期性能。

3. 学生通过实验操作，掌握放大电路的搭建技巧，能够识别并解决常见的问题。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对电子学的兴趣，认识到放大电路在现代电子技术中的重要性。

2. 学生通过小组合作完成设计任务，培养团队合作精神和解决问题的能力。

3. 学生在学习过程中能够体会到科学研究的严谨性和实际应用的广泛性，增强学习的积极性和责任感。

课程性质分析：本课程属于电子学的实践与应用领域，旨在通过理论与实践相结合的方式，使学生掌握放大电路的基础知识，并能够应用于实际电路设计中。

学生特点分析：考虑到学生所在年级的特点，他们已经具备一定的电子学基础和实验操作能力，但可能缺乏复杂电路设计的经验，因此课程设计将注重基础理论与实践操作的平衡。

教学要求：1. 确保学生通过本课程的学习，达到对两级放大电路知识的深入理解。

2. 强调动手能力，通过课程设计使学生能够将理论知识转化为实际应用。

3. 培养学生的问题解决能力和科学探究精神，以及对电子学的长期兴趣。

二、教学内容1. 理论教学：- 放大电路基本概念与原理：包括放大电路的功能、分类及基本工作原理。

- 放大电路主要参数：增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽等。

- 常见两级放大电路类型：共发射极、共集电极放大电路的原理与特点。

- 放大电路的频率响应分析：频率响应的概念、影响因子及改善措施。

2. 实践教学：- 两级放大电路设计：根据给定的要求，设计简单的两级放大电路。

两级放大电路课程设计

两级放大电路课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握两级放大电路的基本原理和应用，能够分析并设计简单的两级放大电路。

具体分为以下三个部分：1.知识目标：学生需要了解两级放大电路的组成、工作原理和特点，掌握放大电路的静态工作点和动态工作点的计算方法。

2.技能目标：学生能够运用所学的知识，分析并设计简单的两级放大电路，具备解决实际问题的能力。

3.情感态度价值观目标：培养学生对电子技术的兴趣，提高学生独立思考和团队协作的能力，使学生认识到两级放大电路在实际工程中的应用价值。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.两级放大电路的基本原理：介绍放大电路的静态工作点和动态工作点，分析两级放大电路的电压放大倍数和输入输出阻抗。

2.两级放大电路的设计：讲解两级放大电路的设计方法，包括元件的选择和参数的计算，以及如何解决级间匹配问题。

3.两级放大电路的应用：介绍两级放大电路在实际工程中的应用案例，使学生能够更好地理解和掌握所学知识。

三、教学方法为了提高教学效果，本节课采用以下几种教学方法：1.讲授法：教师通过讲解两级放大电路的基本原理和设计方法，使学生掌握相关知识。

2.讨论法：学生分组讨论两级放大电路的应用案例，培养学生的团队协作能力和独立思考能力。

3.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手搭建两级放大电路，提高学生的实践操作能力。

4.案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生更好地理解和掌握两级放大电路的应用。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课准备以下教学资源：1.教材：《电子技术基础》及相关辅助教材，为学生提供理论知识的支撑。

2.参考书：提供电子技术相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作课件、动画和视频，形象直观地展示两级放大电路的工作原理和设计方法。

4.实验设备：提供实验室设备和器材，让学生动手实践，提高实际操作能力。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本节课采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，评估学生的学习态度和积极性。

两级运算放大器设计

运算放大器的仿真分析结果如下。

静态工作点：（1）运放的输入失调电压仿真通过仿真运放的直流传输特性是测量其输入失调电压。

运放的电源电压为5V，在开环状态下，其反相端接2.5V直流电压，同相端加从2.45V到2.55V的直流扫描电压，做DC 仿真得到的运放的直流传输特性如图7.19所示，其输入失调电压为3mV，满足了通用运放失调电压的要求。

图7.19 运放的直流传输特性分析（2）运放的共模输入范围运放的共模输入范围是运放的输入输出跟随特性。

运放的电源为5V，运放的反相端和输出相连，构成缓冲器；同相端加直流扫描从0到5V，经仿真得到的运放输入输出跟随特性如图7.20所示，其输入共模电压范围从0.1V到4.6V，满足了设计指标的要求。

图7.20 运放的共模输入范围（3）运放的输出电压摆幅特性运放的输出电压摆幅特性是仿真运放的输出电压最大值和最小值。

运放的输出电压摆幅特性仿真电路如图7.21所示，其反相比例放大器增益为10。

Vin1M10M+2.5V +5VV out图7.21 运放的输出电压摆幅特性仿真电路正输入端接2.5V的直流电压，V in输入端加从0到5V的直流扫描电压，经仿真得到的运放输出电压摆幅特性见图7.22，运放的输出电压摆幅是从0到5V，满足了运放指标对输出电压摆幅的要求。

图7.22 运放的输出电压摆幅特性（4）运放的小信号相频和幅频特性运放的小信号相频和幅频特性是仿真运放的开环小信号放大倍数及其相位随频率的变化趋势，从而得到运放的相位裕度和单位增益带宽指标，并进一步鉴别运放的放大能力、稳定性和工作带宽。

运放的输出端接2pF的负载电容，电源电压为5V，共模输入电压为2.5V，差模输入幅度为1V的交流信号，即两输入端的输入交流信号相位相反。

做交流小信号分析，可以得到运放的小信号相频和幅频特性如图7.23所示。

从仿真结果可以看出，运放采用RC补偿，在满足单位增益带宽的同时，能很好的调节相位裕度。

两级运算放大器的版图设计

一、实验名称：两级运算放大器的版图设计二、实验目的：1、掌握模拟CMOS集成电路的设计方法2、掌握模拟CMOS集成电路的版图设计方法三、实验要求：1、设计对象为单端输出的两级运算放大器电路，其性能为：（1）、负载电容为CL=15pf，负载电阻为RL=100K欧；（2）、电源VDD=5V；（3）、增益带宽积CBW大于40MHZ；（4）、增益AVO大于80DB；（5）、相位裕都PM大于65；（6）、输入摆幅大于3V，输出摆幅尽量大；2、查阅相关资料，学习模拟CMOS集成电路版图的设计技巧3、完成两级运算放大器的版图设计，注意版图的对称性和隔离的设计，完成版图的DRC 验证；4、要求设计的版图满足电路的功耗，性能，功能，面积合理，美观。

四、设计对象仿真后MOS管的宽长比如下图：备注：电阻：R1为180欧电容：C1为2.62pf五、实验步骤1、观察模型文件（.SCS文件）或通过对CMOS管点单电路的DC分析并查看MOS管的直流工作点参数，得到PMOS，NMOS的基工艺参数（TOX，Cox，VthN，VthP等）2、确定具体的设计方案3、在schematic中画出电路图4、开始设计电路的版图5、修改版图，使之通过DRC验证6、优化版图使面积合理、美观六、实验结果面积：120*180=22680（um）七、实验心得这是我第二次做版图的设计和DRC验证，已经熟悉了很多，不再是以前那么迷茫了，画版图确实是件体力活，一坐，不知不觉就好几个小时过去了，才意识到是就已经腰酸背痛，眼睛疼了，才犹然对那些版图工作者产生一种敬佩心里，也是因为以后要参加这项工作才会这么敏感吧。

其实版图只按规则来画，还是非常简单的事情，但是要达到面积最优化，还真不是那么容易，以后我要多注意了，多看从先看别人怎么画开始。

还意识到，真正完成整个版图设计，参数计算，还有个方面的对电路的影响都要考虑，所以说，在实战中版图设计是要用事实真名，是要去竞争的，马虎不得，有可能一个小小的错误都会返工，一切从新。

二级运算放大器

二级运算放大器设计二级跨导放大器要求Ad>80dB，电源电压2.7倍，GB〉5M，Cl=10pF，SR>10V/us，输出电压摆幅>2V,ICMR:1~2V，CMRR>70dB1.新建工程,绘制电路图2．因为Cc>0.22Cl，且Cl=10pF所以取Cc=3pF所以IdN3>=SR*Cc=25uA，我们取30uA3．因为ICMR：1~2V所以Vin=（1V+2V）/2=1.5V扫描Vth与Vbs的关系，结果为所以VdsatN3=0.6628mV4. 设VA=0.6628V，扫描MN3的宽长比，使IdN3=30uA，扫描结果为所以w=23.95u5．设定MP1的VonP1=0.2V，Vcc=3V，所以MP1的Vg=Vcc-(Von+VthP1)=3V-(0.2V+0.67V)=2.13V。

扫描MP1的宽长比，使IdP1=30uA/2=15uA，扫描结果为所以W=22.08u7. MN1的s端设定为VA=0.6228V,扫描MN1的宽长比，使d端的电压为开始设定的2.13V，扫描结果为所以W=10.95u8．因为Itot<1/2.7=370uA，所以ＩｄＮ４＜３７０ｕＡ－３０ｕＡ＝３４０ｕＡ又因为ｇｍＰ３＞１０ｇｍＮ２，查表可知，ｇｍ／ＩｄＮ≈１４．５，ｇｍ／ＩｄＰ≈１２，所以ＩｄＰ３〉１０＊１４．５＊１５ｕＡ／１２＝１８１．２５ｕＡ，所以选择ＩｄＰ３＝２００ｕＡ。

因为输出摆幅＞２，最大输出电压３－０．２Ｖ＝２．８Ｖ和最小输出电压０．２Ｖ满足条件，所以设静态输出电压为（２．８Ｖ＋０．２Ｖ）／２＝１．５Ｖ扫描ＭＮ４的宽长比，使ＩｄＰ３＝２００ｕＡ，扫描结果为此时Ｗ＝１34.38ｕ９．扫描ＭＰ３的宽长比使输出电压为１．５Ｖ，扫描结果为此时W=224.25u10．各偏置和宽长比设置完后，进行Bias Point，结果为符合要求11．进行AC sweep扫描电路的放大倍数，结果为Ad=77.618dB<80dB，不符合条件，需要进行修改12．因为Ad=gm*r0，所以尝试使MN4、MP3的L=2u，查表得此时的gm/IdP=10.3 所以IdP3>10*14.5*15uA/10.3=211.165uA，又因为IdN4<340uA所以取IdP3=250uA静态输出电压不变，扫描MN4、MP3的宽长比，得到的结果为MN4的宽w=233.65uMP3的宽w=463.55uBias Point 的结果为符合要求13．进行AC sweep扫描电路的放大倍数，结果为Ad=80.023dB 刚好达到要求同时扫描放大倍数和相位图，结果为GB=9.3935M满足条件，PM=53.485不满足条件PM>60 所以修改Cl=4pF，此时Bias Point 仿真结果为AC sweep仿真结果为Ad=80.023dB,GB=7.4989M,PM=61.5满足条件14.将输入电压变为共模输入电压进行AC Sweep 扫描结果为所以Ac=-5.147dB所以CMRR=Ad/Ac=80.023dB-（-5.147dB）=85.17dB 15.改变输入电压进行DC Sweep，扫描输出电压摆幅，结果为输出摆幅大于2V。

二级运算放大电路版图设计

1前言12二级运算放大器电路 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 4443.4 幅员绘制 56773.5 DRC & LVS幅员验证 83.5.1 DRC验证 83.5.2 LVS验证 8 4结论 95参考文献 9本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和幅员设计。

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管适宜的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益到达40db，截止带宽到达80MHz和相位裕度至少为60。

幅员设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的幅员相匹配，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，幅员验证。

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幅员设计自动化，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。

两级放大器的设计

两级放大器的设计摘要：两级放大器在实际生活中有着非常重要的作用，它可以把我们生活中需要的信号进行放大来便利人们的生活。

在生活中有着非常广泛的应用。

该设计是两级放大器的设计，首先是对设计方案的选择和设计，详细分析了两级放大器的所需数据，然后在multisim中选择所需的元器件来进行电路的设计。

通过改变电路的电压来进行动态的分析。

仿真结果表明：在电路中输入的电压在第二级放大器的输出端可以准确的看到放大了1000倍，实现了题目的要求。

关键词：两级放大器；电路仿真；设计目录1.设计任务与要求2.方案设计与论证3.单元电路的设计与仿真3.1第一级放大器的设计3.2第二级放大器的3.3桥式整流电源的设计4.总电路设计及其仿真调试过程4.1总体电路的设计4.2仿真结果及其分析5.结论和心得6.参考文献1.设计任务与要求（1）中频带电压的放大增益1000（2）通频带30HZ—30KHZ（3）输出电阻10（4）输入电阻20K（5）负载电阻20K（6）最大不失真输出电压5V（7）用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计所需的正负直流电源2.方案的设计与论证两级放大器的设计具有组装简单，调试方便，工作稳定的实验电路。

设计中包括电源输入电路，一级同相放大电路，二级反相放大电路三部分。

电路原理图如下图2.1所示：图2.1 两级放大器电路原理由设计与要求可以知道，两级放大器设计的实验主要分为三部分，即对于电源输入信号和第一级放大电路，第二级放大电路的设计。

进过分析，电源输入信号电路是桥式整流滤波集成稳压块所设计出来的正负直流电源。

第一级放大电路可以是由同相放大电路的组成，第二级放大电路是由反相放大电路所组成。

由于所需要的电压放大倍数是1000，而同相放大器的电压放大倍数在1—100之间，反相放大器的电压放大倍数在0.1—100之间，因此放大1000倍的设计就可以使用这两个放大器来实现。

因为设计初稿有很多东西都是借鉴书上或者网站上的东西，Multisim 则是第一次接触的仿真软件，因此有的某些电器元件只能够使用Multisim 中所有的。