模拟集成运算放大器电路分析与设计
模电实验模拟运算放大电路(一)
实验目的和要求：① 了解运放调零和相位补偿的基本概念。
② 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。
③ 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。
实验原理：预习思考：1、 设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； 电路图如P20页5-1所示，电源电压为±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ2、 设计一个同相比例放大器，要求：|A V|=11，Ri>100KΩ，将设计过程记录在预习报告上；R F R LVo电源电压为±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ 3、 设计一个电路满足运算关系 VO= -2Vi1 + 3Vi2减法运算电路：1123213111113232)()()(i f i f i f i i O V R R V R R R R R R V R R R V R R R V V -++=++-+=3)()(32131=++R R R R R R f ，0,22211==⇒=R R R R R f f取Ω=Ω=Ω=Ω=K R K R K R K R f 100,0,20,10321实验电路如实验内容：1、反相输入比例运算电路（I ） 按图连接电路，其中电源电压为±15V ，R 1=10 kΩ, R F =100 kΩ, R L =100 kΩ, R P =10 kΩ//100 kΩAR1R F Rp=R F //R1R LVoVi+Vcc-Vcc输入端接地，用万用表测量并记录输出端电压值，此时测出失调电压0.016 V 分析：失调电压是直流电压，将会直接影响直流放大器的放大精度。
直流信号测量：Vi/V V O /V Avf测量值 理论值 -2 14.25 -7.125 -10 -0.5 4.98 -9.96 -10 0.5 -5.02 -10.04 -10 2-12.87-6.435-10实验结果分析：运算放大器的输出电压摆幅受器件特性的限制，当输入直流信号较大时，经过运放放大后的输出电压如果超过V OM ，则只能输出V OM 的值。
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、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。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图8—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i F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-=R 3= R 1‖R 2‖R F 3)同相比例运算电路图8—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 F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—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作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
模拟集成电路的设计流程
模拟集成电路的设计流程一、需求分析与规格确定1. 应用场景：了解电路将用于何种设备，如手机、电脑、汽车电子等，以及这些设备对电路的特殊要求。
2. 性能指标：根据应用场景，确定电路的关键性能参数，如增益、带宽、功耗、线性度、噪声等。
3. 工作条件：明确电路的工作电压、温度范围、湿度、震动等环境条件。
4. 成本与尺寸：考虑电路的成本目标和封装尺寸，确保设计在商业上是可行的。
5. 制定规格书：将上述分析结果整理成详细的技术规格书，为后续设计工作提供依据。
二、电路架构设计与仿真在规格确定后，设计师开始进行电路架构的设计。
这一阶段，设计师需要运用专业知识，选择合适的电路拓扑，并进行初步的仿真验证。
1. 电路拓扑选择：根据规格书要求，选择合适的电路拓扑，如运算放大器、滤波器、稳压器等。
2. 元器件选型：根据电路拓扑，选取合适的晶体管、电阻、电容等元器件。
3. 原理图绘制：使用电路设计软件，绘制电路的原理图。
4. 参数调整与优化：通过仿真软件，对电路参数进行调整，以优化电路性能。
5. 仿真验证：进行直流分析、交流分析、瞬态分析等仿真，验证电路在不同工作条件下的性能是否符合规格要求。
三、版图布局与设计规则检查1. 版图绘制：根据原理图，绘制电路的版图，包括元器件布局、连线、焊盘等。
2. 设计规则检查（DRC）：确保版图设计符合制造工艺的设计规则，如线宽、线间距、寄生效应等。
3. 版图与原理图一致性检查（LVS）：通过软件工具，比较版图与原理图是否一致，确保没有设计错误。
4. 参数提取：从版图中提取寄生参数，为后续的版图后仿真做准备。
四、版图后仿真与优化版图设计完成后，需要进行版图后仿真，以验证实际制造出的电路性能。
1. 版图后仿真：利用提取的寄生参数，对版图进行后仿真，检查电路性能是否受到影响。
2. 性能优化：根据仿真结果，对版图进行必要的调整，以优化电路性能。
3. 设计迭代：如果仿真结果不理想，可能需要返回前面的步骤，对电路架构或版图进行重新设计。
集成运算放大器电路分析及应用(完整电子教案)
集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案）3.1 集成运算放大器认识与基本应用在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317 实现电路电压检测，并通过三极管开关电路实现电路的控制。
首先来看下集成运算放大器的工作原理。
【项目任务】测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。
信息单】集成运放的实物如图3.2 所示。
图3.2 集成运算放大1. 集成运放的组成及其符号各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3 所示。
输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。
图3.3 集成运算放大电路的结构组成集成运放的图形和文字符号如图3.4 所示。
图3.4 集成运放的图形和文字符号其中“ -”称为反相输入端，即当信号在该端进入时，输出相位与输入相位相反；而“+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。
2. 集成运放的基本技术指标集成运放的基本技术指标如下。
⑴输入失调电压U OS实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。
规定在室温(25℃ )及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS，U OS 越小越好，一般约为0.5～5mV 。
⑵开环差模电压放大倍数A od集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od。
它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB) 表示，目前最高值可达140dB(即开环电压放大倍数达107)。
⑶共模抑制比K CMRRK CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即K CMRR = A A od，其含义与差动放大器中所定义的K CMRR 相同，高质量的运放K CMRR 可达160dB 。
基于运算放大器和模拟集成电路设计教学设计
基于运算放大器和模拟集成电路设计教学设计引言运算放大器是一个很重要的模拟集成电路，具有放大、求和、微分等功能，被广泛应用于各种电子系统中。
在电子工程师的日常工作中，掌握运算放大器的设计和使用技巧是必不可少的。
因此，在电子类专业中，教学设计中要注重运算放大器及模拟集成电路的学习和教学。
本文主要介绍基于运算放大器和模拟集成电路设计教学设计的内容，包括教学目标、课时安排、实验内容和实验步骤等。
教学目标本教学设计的主要目标如下：1.理解运算放大器的基本原理和特点，以及在电路设计中的应用；2.掌握运算放大器的电路模型和常用电路；3.了解模拟集成电路的设计和应用；4.进一步提高学生对电路设计的理解和实践能力。
课时安排本教学设计分为3个课时，具体安排如下：第一课时1.介绍运算放大器的基本概念和电路模型；2.分析运算放大器的典型应用电路，并进行电路分析；3.示例设计一个基本的运算放大器电路，并进行仿真分析。
第二课时1.介绍模拟集成电路的基本概念和分类；2.分析模拟集成电路中的运算放大器电路，并进行电路特性分析；3.示例设计一个基本的模拟集成电路，并进行仿真分析。
第三课时1.介绍运算放大器的稳定性和失调特性；2.分析运算放大器电路中应注意的问题，并进行电路参数设计；3.示例设计一个复杂的运算放大器电路，并进行电路仿真与实测。
实验内容与步骤第一课时实验步骤1.阅读并理解运算放大器的电路模型与基本原理；2.分析并仿真一个基本的运算放大器电路；3.在仿真实验中，掌握运算放大器的工作原理和性能特点。
第二课时实验步骤1.阅读并理解模拟集成电路的类型与基本原理；2.分析并仿真一个基本的模拟集成电路；3.在仿真实验中，掌握模拟集成电路的工作原理和性能特点。
第三课时实验步骤1.阅读并理解运算放大器的稳定性和失调特性；2.进行一个复杂的运算放大器电路设计；3.在仿真和实测实验中，进一步掌握运算放大器的各项指标和电路设计方法。
结语通过本教学设计，学生可以更好地掌握运算放大器和模拟集成电路的电路分析与设计技巧，提高自己的实践能力，并为今后的电子工作打下坚实的基础。
模拟电路应用实验—运算放大器应用综合实验
实验四 运算放大器应用综合实验一、实验目的1、 了解运算放大器的基本使用方法，学会使用通用型线性运放μA741。
2、 应用集成运放构成基本运算电路——比例运算电路，测定它们的运算关系。
3、 掌握加法、减法运算电路的构成、基本工作原理和测试方法。
二、预习要求1、 集成电路运算放大器的主要参数。
2、 同相比例、反相比例电路的构成以及输出、输入之间的运算关系。
3、 加法、减法电路的构成及运算关系。
三、实验设备及仪器模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。
四、实验内容及步骤运放的线性应用——比例及加减法电路实验 1、反相比例运算反相比例运算电路如图3.1所示，按图接线。
根据表3.1给定的u i 值，测量对应的u o 值并记入表3.1中。
并用示波器观察输入V i 和输出V o 波形及相位。
理论值： i ii f o u V u R R u 10101003-=-=-=注意：①当V i 为直流信号时，u i 直接从实验台上的-5～+5V 直流电源上获取，用数字直流电压表分别测量u i 、u o 。
②当u i 为交流信号时，u i 由函数信号发生器提供频率为1kHz 正弦波信号，用交流毫伏表分别测量u i 、u o 。
（下同）图3.1 反相比例运算电路表3.1测量结束后，将Rf改为电位器Rp，观察输入ui一定，调节Rp，输出的变化规律。
2、同相比例运算同相比例运算电路如图3.2所示，根据表3.2给定的u i值，测量对应的u o值并记入表3.2中。
并用示波器观察输入u i和输出u o波形及相位。
理论值： u O＝（1＋R f／R3）u i=11u i。
图3.2 同相比例运算电路表3.2测量结束后，将Rf改为电位器Rp，观察输入ui一定，调节Rp，输出的变化规律。
表3.2 同相比例参数测量3、加法运算加法运算原理电路如图3.3。
根据表3.3给定的u i1、u i2值，测量对应的u o值，并记入表3.3中。
集成运算放大器的基本应用模拟运算电路实验报告
集成运算放大器的基本应用模拟运算电路实验报告实验目的：1. 学习集成运算放大器的基本应用；2. 掌握模拟运算电路的基本组成和设计方法；3. 理解反馈电路的作用和实现方法。
实验器材：1. 集成运算放大器OP07；2. 双电源电源供应器；3. 多用途万用表；4. 音频信号发生器；5. 电容、电阻、二极管、晶体管等元器件。
实验原理：集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、具有巨大开环增益的差分放大器。
在应用中，我们通常通过反馈电路来控制放大器的增益、输入输出阻抗等特性，从而使其实现各种模拟运算电路。
常用的反馈电路有正向电压反馈、负向电压反馈和电流反馈等。
各种反馈电路的实现方法有所不同，但基本思想都是引入一个反馈回路来控制电路的传递函数，从而实现对电路特性的控制。
实验内容：1. 非反相比例放大电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
2. 非反相积分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
3. 非反相微分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
4. 反相比例放大电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
5. 反相积分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
6. 反相微分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
7. 增益和带宽测试选择合适的集成运算放大器，按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
实验数据及分析：根据实验中所得到的数据，可以绘制出放大倍数和频率的曲线图，从中可以看出电路的增益特性和带宽特性。
实验结论：通过本次实验，我们学习了集成运算放大器的基本应用，掌握了模拟运算电路的基本组成和设计方法，理解了反馈电路的作用和实现方法，同时也提高了我们的实验操作能力。
基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计
本书深入探讨了模拟集成电路的设计与应用。模拟集成电路是一种用于模拟信号处理的集成电路， 它主要包括放大器、滤波器、比较器等。本书详细介绍了模拟集成电路的设计流程、元件的选择 与布局、版图绘制等，同时也介绍了模拟集成电路在音频、视频等领域的应用。
“运算放大器是模拟集成电路的核心组成部分，它具有高放大倍数、低输出 电阻、高输入电阻等特点，被广泛应用于各种模拟电路中。”
这句话简明扼要地概括了运算放大器的基本特性和其在电路设计中的地位。 运算放大器能够将微弱的输入信号放大到足够大的幅度，使得其能够驱动后续的 电路或者元件。同时，由于其具有高输入电阻和低输出电阻的特性，使得运算放 大器在信号传输过程中不会引入额外的噪声和失真。
本书还通过大量实例介绍了基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计。这些实例包括音频放大 器、视频放大器、电源电路、振荡器等。通过这些实例，读者可以更好地理解运算放大器和模拟 集成电路在电路设计中的应用。
《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计》是一本全面介绍运算放大器和模拟集成电路在电 路设计中应用的书籍。本书不仅适用于电子工程技术人员，也适用于电子类专业的本科生和研究 生。通过阅读本书，读者可以深入了解运算放大器和模拟集成电路的基本原理和应用，从而更好 地进行电路设计。
“基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计需要综合考虑多种因素，如性 能指标、功耗、体积、成本等。通过对这些因素的综合考虑，可以设计出符合实 际应用需求的电路。”
模电集成电路设计实训报告
一、实训背景随着信息技术的飞速发展，集成电路设计作为电子工程领域的关键技术之一，其重要性日益凸显。
为了提升学生在模拟电子技术（模电）领域的实践能力和设计水平，我们参加了为期两周的模电集成电路设计实训。
本次实训旨在通过实际操作和理论学习，使学生掌握模拟集成电路的基本设计方法、电路分析方法以及设计工具的使用。
二、实训目的1. 熟悉模拟集成电路的基本设计流程和步骤。
2. 掌握常用的模拟集成电路设计方法，如运算放大器、滤波器、稳压器等。
3. 学会使用电路仿真软件，如Multisim、LTspice等，进行电路仿真和分析。
4. 培养学生的动手能力和团队合作精神。
三、实训内容1. 模拟集成电路设计基础首先，我们对模拟集成电路设计的基本原理进行了深入学习。
包括模拟信号的基本概念、半导体器件的工作原理、电路分析方法等。
通过学习，我们了解了模拟集成电路设计的基本流程和步骤。
2. 运算放大器设计运算放大器是模拟集成电路设计中最为常见的电路之一。
在实训中，我们学习了运算放大器的电路结构、工作原理以及设计方法。
通过实际操作，我们设计并制作了一个简单的运算放大器电路，并使用Multisim软件进行了仿真验证。
3. 滤波器设计滤波器在信号处理领域有着广泛的应用。
我们学习了滤波器的基本原理和设计方法，包括低通、高通、带通和带阻滤波器。
在实训中，我们设计并制作了一个低通滤波器电路，并对其进行了仿真和分析。
4. 稳压器设计稳压器是模拟集成电路设计中用于提供稳定电压的电路。
我们学习了不同类型的稳压器，如线性稳压器、开关稳压器等。
在实训中，我们设计并制作了一个线性稳压器电路，并对其性能进行了测试。
5. 电路仿真与分析为了验证我们的设计，我们使用了Multisim软件对电路进行了仿真和分析。
通过仿真，我们能够直观地观察电路的性能，并根据仿真结果对电路进行调整和优化。
四、实训成果1. 设计并制作了多个模拟集成电路电路，包括运算放大器、滤波器、稳压器等。
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 。
集成运算放大器实验报告
集成运算放大器实验报告2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点，通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。
一、实验目的1．掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法； 2．掌握各种求和电路的设计方法；3．熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。
二、实验仪器及备用元器件 （1）实验仪器（2）实验备用器件三、电路原理集成运算放大器，配备很小的几个外接电阻，可以构成各种比例运算电路和求和电路。
图2.4.3（a ）示出了典型的反相比例运算电路。
依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为 1f o i i R A R υυυυ==-2.4.1式中的“-”号说明电路具有倒相的功能，即输出输入的相位相反。
当1f R R =时，o i υυ=-，电路成为反相器。
合理选择1f R R 、的比值，可以获得不同比例的放大功能。
反相比例运算电路的共模输入电压很小，带负载能力很强，不足之处是它的输入电阻为1i R R =，其值不够高。
为了保证电路的运算精度，除了设计时要选择高精度运放外，还要选择稳定性好的电阻器，而且电阻的取值既不能太大、也不能太小，一般在几十千欧到几百千欧。
为了使电路的结构对称，运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，R R +-=,图2.4.3（a ）中，应为1//P f R R R =，电阻称之为平衡电阻。
(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路图2.4.3 典型的比例运算电路图2.4.3（b ）示出了典型的同相比例运算电路。
其输出输入电压之间的关系为 1(1)f o i i R A R υυυυ==+2.4.2由该式知，当0f R =时，o i υυ=，电路构成了同相电压跟随器。
同相比例运算电路的最大特点是输入电阻很大、输出电阻很小，常被作为系统电路的缓冲级或隔离级。
集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析
微分器的电路结构与积分器类似，包括集成运算放大器、 电容和反馈电阻。
微分器在信号处理、控制系统和电子测量等领域有广泛 的应用。
06 结论与展望
结论总结
01
集成运算放大器(压控电流源)在电路中具有重要作用，能够实现信号的放大、运 算和处理等功能。
02
通过对不同类型集成运算放大器(压控电流源)的特性、应用和电路设计进行比较 ，可以更好地选择适合特定需求的集成运算放大器(压控电流源)。
差分输入电路
总结词
差分输入电路是一种较为特殊的集成运算放大器应用电路，其输出电压与两个输 入电压的差值呈线性关系。
详细描述
差分输入电路的输出电压与两个输入电压的差值呈线性关系，适用于信号比较、 差分信号放大等应用。这种电路具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，能够有效 地减小外界干扰对信号的影响。
03 压控电流源的应用电路
详细描述
反相输入电路的输出电压与输入电压呈反相关系，即当输入 电压增加时，输出电压减小，反之亦然。这种电路具有高输 入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于信号放大、减法运算等 应用。
同相输入电路
总结词
同相输入电路是一种较为简单的集成运算放大器应用电路，其输出电压与输入 电压呈同相关系。
详细描述
同相输入电路的输出电压与输入电压保持一致，适用于信号跟随、缓冲等应用。 这种电路具有低输入阻抗和低输出阻抗的特点，能够提高信号的驱动能力。
积分器可以将输入的电压信号 转换成电流信号，再通过负载 电阻转换成电压信号，实现信 号的积分运算。
案例三：微分器的应用
微分器是集成运算放大器的另一种应用可以将输入的电压信号转换成电流信号，再通过 负载电阻转换成电压信号，实现信号的微分运算。
CMOS模拟集成电路分析与设计
1.1 MOS管几何结构与工作原理(5)
以增强型NMOS管为例：
截止区：VGS=0 源区、衬底和漏区形成两个背靠背的PN结，不管VDS的极性 如何，其中总有一个PN结是反偏的，此时漏源之间的电阻
很大。
没有形成导电沟道，漏电流ID为0。 亚阈值区：Vth＞ VGS＞0
B
S VGS G
NMOS D
PMOS S
NMOS D
PMOS D
NMOS D
PMOS S
G
BG
BG
G
G
G
G
G
S
S
S
D
S
S
S
D
1.2 MOS管的极间电容（1）－“本征栅电容”
“本征栅电容”：
本征电容指的是一些不能避免而在器件工作时 必需考虑的电容。
还要注意存在着大量的外在的与工艺相关的电 容。
按不同的工作区讨论本征栅电容： MOS管打开：线性区与饱和区 MOS管“关断”：截止区与亚阈值区
1.2 MOS管的极间电容（1）－“本征栅电容”（ON）
假设长沟道模型，工作于饱和区时如改变源极 电压，则有：
在漏极端口的栅与沟道的电压差保持不变（Vth）， 但源极端口的电压差发生了改变。
这意味着电容的“底板”不是均匀改变。 详细的分析可以得到此时Cgs=（2/3）WLCOX
假设长沟道模型，工作于饱和区时如改变漏极 电压则不会改变沟道电荷，即Cgd=0（忽略二 次效应及外部电容）。
1、有源器件
主要内容：
1.1 几何结构与工作原理 1.2 极间电容 1.3 电学特性与主要的二次效应 1.4 低频及高频小信号等效模型 1.5 有源电阻
1.1 MOS管几何结构与工作原理(1)
运算集成放大电路实验报告
运算集成放大电路实验报告运算集成放大电路实验报告引言：运算集成放大电路（Operational Amplifier, 简称Op-Amp）是一种广泛应用于电子电路中的集成电路元件。
它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，被广泛应用于信号放大、滤波、比较、积分等电路中。
本实验旨在通过搭建运算放大器电路，验证其基本特性，并探究其在不同应用中的工作原理和性能。
实验一：运算放大器的基本特性验证1. 实验目的本实验旨在验证运算放大器的基本特性，包括增益、输入阻抗和输出阻抗。
2. 实验步骤（1）搭建一个基本的运算放大器电路，包括一个运算放大器芯片、两个电阻和一个电源。
（2）通过输入一个信号，观察输出信号的变化，并记录输入输出电压。
（3）更改输入信号的幅度和频率，观察输出信号的变化。
3. 实验结果与分析在实验中，我们发现输出信号与输入信号之间存在一个固定的放大倍数，即运算放大器的增益。
通过调节输入信号的幅度，我们可以观察到输出信号的变化，并根据实际测量结果计算出增益值。
此外，我们还发现运算放大器具有很高的输入阻抗和低的输出阻抗，使其能够有效地接收和驱动外部电路。
实验二：运算放大器的应用1. 实验目的本实验旨在通过实际应用电路，进一步探究运算放大器的工作原理和性能。
2. 实验步骤（1）搭建一个非反相放大电路，观察输入输出信号之间的关系。
（2）搭建一个反相放大电路，观察输入输出信号之间的关系。
（3）搭建一个积分电路，观察输入方波信号在电容上的积分效果。
3. 实验结果与分析在实验中，我们观察到非反相放大电路能够将输入信号放大，并保持与输入信号相同的相位。
而反相放大电路则将输入信号进行反相放大，输出信号与输入信号之间存在180度的相位差。
积分电路则将输入方波信号在电容上进行积分，输出信号为三角波信号。
结论：通过本次实验，我们验证了运算放大器的基本特性，并进一步了解了其在不同应用电路中的工作原理和性能。
运算放大器作为一种重要的电子元件，广泛应用于各种电子电路中，为信号处理提供了便利和灵活性。
集成电路分析与设计课程教学大纲
集成电路分析与设计课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：集成电路分析与设计所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业方向必修课学分：5（二）课程简介、目标与任务；《集成电路分析与设计》是微电子科学与工程专业一门重要的专业必修课。
本课程主要分为数字集成电路部分和模拟集成电路部分。
数字集成电路部分内容主要包括集成电路中的元器件的结构、制备、特性；集成电路的典型工艺；常用的数字双极集成电路和MOS集成电路的电路结构、工作原理；数字集成电路的设计方法和计算机辅助设计。
模拟集成电路部分内容主要包括模拟集成电路中的基本单元电路，集成运算放大器、集成稳压器的基本结构、基本特点、电路设计，数模转换器以及模数转换器的基本原理以及基本类型。
通过对本课程的学习，使学生能够掌握各种集成电路包括双极集成电路、MOS 集成电路和BiCMOS电路的典型电路结构及其制造工艺；熟练掌握构成数字集成电路以及模拟集成电路基本单元结构、工作机理、及其与数字、模拟系统的关系；掌握基本电路单元的设计能够识别和绘制版图，能够用相应软件进行模拟仿真；了解数字集成电路以及模拟集成电路的设计方法和基本过程。
为后继专业课的学习、将来在集成电路领域从事科研和技术工作奠定良好的理论基础。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；本课程的先修课程是半导体物理、半导体器件、固体电子学或固体电子器件、半导体工艺原理或集成电路工艺原理等，这几门课程为集成电路分析与设计在材料、器件和工艺等方面提供了必要的知识基础。
学生通过对本课程的学习，可以为后续的集成电路的计算机辅助设计等课程的学习以及微电子专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
（四）教材与主要参考书。
课程教材：《半导体集成电路》朱正涌著，清华大学出版社出版主要参考书目：《集成电路原理与设计》甘学温等著，北京大学出版社《数字集成电路—电路、系统与设计（第二版）》（美）拉贝艾（JanM Rabaey）等著，周润德等译，电子工业出版社（2010年）《数字集成电路——设计透视（第2版）》国外大学优秀教材——微电子类系列（影印版）[美]拉贝（Rabaey J.M.）钱德拉卡山（Chandrkasan，A.）尼科利奇（Nikolic，B.）著，清华大学出版社《模拟CMOS集成电路设计》[美] 毕查德〃拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社二、课程内容与安排第一章集成电路基本制造工艺（共3学时）第一节双极集成电路工艺（1学时）第二节MOS集成电路工艺（1学时）第三节 BiCMOS集成电路工艺（1学时）第二章集成电路中的晶体管及其寄生效应（共6学时）第一节理想本征集成双极晶体管的EM模型（3学时）第二节集成双极晶体管的有源寄生效应（2学时）第三节集成双极晶体管的无源寄生效应（1学时）第三章晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路（共12学时）第一节一般TTL与非门（3学时）第二节TTL逻辑结构（3学时）第三节OC门（2学时）第四节三态逻辑门（1学时）第五节集成电路中的简化逻辑门（3学时）第四章发射极耦合逻辑（ECL）电路（共6学时）第一节 ECL门电路的工作原理（3学时）第二节 ECL门电路的逻辑扩展（3学时）第五章MOS反相器（共15学时）第一节基本NMOS反相器（6学时）第二节CMOS反相器（3学时）第三节静态反相器（3学时）第四节动态反相器（3学时）第六章MOS基本逻辑单元（共12学时）第一节NMOS逻辑结构（3学时）第二节CMOS逻辑结构（3学时）第三节传输门逻辑（3学时）第四节各种逻辑类型的比较（2学时）第五节触发器（1学时）第七章模拟集成电路中的基本单元电路（9学时）第一节单管、复合器件及双管放大级（3学时）第二节恒流源电路（3学时）第三节基准电压源电路（3学时）第八章集成运算放大器（9学时）第一节运算放大器的输入级（2学时）第二节运算放大器的输出级（2学时）第三节双极型集成运算放大器（2学时）第四节MOS集成运算放大器（3学时）第九章开关电容电路（6学时）第一节开关电容等效电路（2学时）第二节开关电容积分器（2学时）第三节开关电容放大器（2学时）第十章数模和模数转换器（12学时）第一节数模转换器的基本原理（3学时）第二节数模转换器的基本类型（3学时）第三节模数转换器的基本原理（3学时）第四节模数转换器的基本类型（3学时）（一）教学方法与学时分配课程组织：主要采用多媒体教学，PowerPoint讲稿；板书作为辅助；考试：平时30%，期末考试70%；学时分配：本课程共90学时，其中，数字集成电路部分占54学时，模拟集成电路部分占36学时；（二）内容及基本要求主要内容：●集成电路的基本制造工艺【重点掌握】：集成双极晶体管和集成MOS晶体管的结构和基本工艺；【掌握】：二极管、双极晶体管、MOS晶体管的单管制备过程；●晶体管-晶体管逻辑电路【重点掌握】：TTL门电路的特性，以及基于TTL电路的逻辑单元结构；【掌握】：掌握TTL电路基本单元的结构和工作原理；【了解】：STTL、LSTTL、ASTTL、ALSTTL电路；●MOS反相器【重点掌握】：CMOS反相器的原理、结构特点；【掌握】：其他结构反向器的原理及其特点，不同反相器之间的区别；【了解】：静态反相器和动态反相器的特点；●MOS逻辑单元及功能部件【重点掌握】：基于CMOS反相器的逻辑单元结构、基于不同结构反相器逻辑功能结构的设计；【掌握】：传输门逻辑的特点及其应用；【了解】：各种逻辑类型之间的区别，触发器的设计；●模拟集成电路中的基本单元电路【重点掌握】：模拟集成电路基本单元电路结构及其工作原理；【掌握】：基准电压源电路；●集成运算放大器【重点掌握】：集成运算放大器的特点及集成运算放大器的设计；【掌握】：不同类型的集成运放；【了解】：运算放大器的输入级及输出级电路；●数模和模数转换器【重点掌握】：数模转换器以及模数转换器的基本原理；【掌握】：数模转换器以及模数转换器的类型；制定人：李颖弢审定人：批准人：日期：。
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)教材
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40dB3dB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)由于所有的管子都工作在饱和区，所以对于gm 我们可以用公式 g m =D I L W )/(Cox 2μ (6) 进行计算；而电阻r o 可由下式计算 r o =DI 1λ (7)其中λ为沟道长度调制系数且λ∝1/L 。
集成运算放大电路分析
集成运算放大电路分析首先，集成运算放大电路是由集成电路技术制作的一类电路，主要由运算放大器、反馈电阻网络和输入输出电阻组成。
运算放大器是一种电压增益很大、输入阻抗很高的电子器件，它的输入端可以接入其他电路或传感器，输出端可以连接到显示器、控制装置等。
集成运算放大电路的基本原理是使用运算放大器提供的高增益和多种反馈方式来实现各种信号处理和增强功能。
通过调整反馈电阻网络可以实现放大、滤波、积分、微分等各种功能。
具体来说，集成运算放大电路将输入信号经过运算放大器放大后反馈给输入端，形成一个闭环系统，使得输出信号与输入信号之间的差别达到最小，从而实现精确的信号处理。
集成运算放大电路的特点有以下几点。
首先，它的增益很高，通常可以达到几千倍甚至几百万倍，具有极高的信号放大能力。
其次，它的输入阻抗很高，达到百万级别，可以使输入信号的影响最小化，减小对被测电路的影响。
另外，它的输出阻抗很低，可以提供较大的输出电流，方便连接到其他电路。
集成运算放大电路在实际应用中有广泛的用途。
首先，它可以用于放大微弱信号，如传感器输出信号、生物电信号等，从而提高信号的可靠性和可测性。
其次，它可以用于实现滤波功能，通过调整反馈电阻网络可以滤除不需要的频率成分，提取出需要的信号成分。
此外，它还可以用于实现比较器功能，将输入信号与参考电压进行比较，输出高、低电平来判断输入信号的大小。
最后，它还可以用于实现运算功能，如加法、减法、乘法和除法等。
总之，集成运算放大电路是一种非常重要的电路，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以用于放大信号、滤波信号、比较信号和进行各种运算。
它在各种电子设备中发挥着重要的作用，如信号处理、控制系统、仪器仪表等。
随着科技的进步和集成电路技术的发展，集成运算放大电路将继续发展壮大，并在更多的领域得到应用。
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
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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
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模拟集成运算放大器电路分析与设计模拟集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是电
子工程中常用的集成电路芯片之一，其功能包括放大、滤波、运算等。
本文将对模拟集成运算放大器的电路进行分析与设计。
一、模拟集成运算放大器的基本原理
模拟集成运算放大器通常由差分输入级、差动放大器、输出级等部
分组成。
其基本原理是通过差分输入级实现对输入信号的差分放大，
然后通过差动放大器进行整体放大，最后经过输出级得到放大后的输
出信号。
模拟集成运算放大器的输入阻抗通常很高，输出阻抗则很低，可适
应不同的输入输出信号源。
同时，OP-AMP有很大的放大倍数，能够
输出较大的幅度信号。
这些特性使得模拟集成运算放大器在电子电路
设计中得到了广泛应用。
二、模拟集成运算放大器的基本电路
1. 反馈放大器电路
反馈放大器电路是模拟集成运算放大器应用最广泛的一种电路，常
用于信号放大、滤波、运算等。
其中，负反馈放大器电路的输入信号
通过反馈网络回馈到输入端，以稳定放大器的增益和频率特性，提高
电路的稳定性和线性度。
2. 运算放大器电路
运算放大器电路是模拟集成运算放大器的典型应用之一，在工程实
际中有着广泛的应用。
运算放大器电路可以实现加法、减法、求导、
积分等操作，具有重要的运算功能。
3. 比较器电路
比较器电路是模拟集成运算放大器的另一种应用形式，常见的比较
器电路包括阈值比较器、正向比较器和反向比较器等。
比较器电路一
般用于比较输入信号与参考信号的大小关系，输出高低电平信号。
三、模拟集成运算放大器的设计
1. 电路参数选择
在进行模拟集成运算放大器电路设计时，需要根据具体应用需求选
择合适的电路参数。
包括增益、带宽、输入输出阻抗等参数的选择，
以及对电源供应电压、温度等因素的考虑。
2. 电路布局设计
为保证电路的稳定性和性能，需要进行良好的电路布局设计。
在布
局设计中，应注意各部分之间的连接、分离干扰源、避免干扰等问题，并采取合适的屏蔽措施，提高电路的抗干扰能力。
3. 电路性能测试
在完成模拟集成运算放大器的设计后，需要对电路进行性能测试。
包括输入输出阻抗测试、放大倍数测试、带宽测试等，以验证电路设
计的正确性和性能是否满足需求。
四、模拟集成运算放大器的应用领域
1. 信号放大
模拟集成运算放大器广泛应用于信号放大领域，如音频放大器、测
量放大器等。
通过合理选择电路参数和电路设计，能够实现对不同信
号源的放大，并满足特定应用的需求。
2. 滤波
模拟集成运算放大器在滤波领域也有重要应用，如低通滤波器、高
通滤波器、带通滤波器等。
通过合适的滤波电路设计和参数选择，实
现对输入信号的滤波处理。
3. 传感器信号处理
模拟集成运算放大器还广泛应用于传感器信号的处理。
通过对传感
器信号的放大、滤波和运算等，可以得到更可靠、精确的传感器信号，满足工程应用的需求。
总结：
模拟集成运算放大器在电子工程中扮演着重要的角色，其电路设计
和应用有着广泛的研究和应用。
通过合理的电路设计和参数选择，可
以实现不同领域的信号处理需求。
在实际使用过程中，需要注意电路
的布局设计和性能测试，以确保电路的稳定性和性能满足要求。
随着
科技的不断发展，模拟集成运算放大器的应用将会更加广泛和深入。