上海大学-运算放大器电路仿真
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 仿真结果图其中1//2R RF R =2.2电路如图3所示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)1231(0R Ui R Ui RF U +-= 图4 仿真结果图其中RF R R R //3//12= 2.3电路如图5所示5此电路为电压跟随器电路，此电路输出电压的全部反馈到反相输入端，电路引入电压串联负反馈，且反馈系数为1，由于N P u u u ==0，故输出电压与输入电压的关系为I O u u =图6 仿真结果图2.4 电路如图7所示7从对比例运算电路和求和运算电路的分析可知，输出电压与同相输入端信号电压极性相同，与反相输入端信号电压极性相反，因而如果多个信号同时作用于两个输入端时，就可以实现加减运算。
21O O O U U U +=，111i O U R RF U -=，223i O U R RFU =图8 仿真结果图2.5 电路如图9所示9此电路为积分运算电路，利用积分运算电路可以实现方波—三角波的波形变换和正弦—余弦的移相功能。
反相运算放大电路的仿真
实验一 反相运算放大电路的仿真姓名：谢朗 班级：电子信息工程112班 学号：7020911048 成绩：【实验目的】（1）熟悉并学会运用Multisim 软件，学会一些基本的仿真器件。
（2）学会运算放大器的工作原理，巩固运算放大器的知识。
【实验器材】（1）6只1K 电阻、1只10K 电阻、1只7.5K 电阻、1只20K 电阻。
（2）一个运算放大器、一个示波器、信号源（3）导线、1只1uF 电容【实验原理】一、理想运算放大器的基本特性（1） 开环增益A ud 等于无穷大。
（2） 输入阻抗无穷大。
（3） 输入阻抗等于0.（4） 带宽无穷大。
（5） v p =v n ,即虚短。
（6） i p =i n =0,即虚断。
二、反相比例放大电路1、基本电路电路如图所示，输入电压通过R1作用于运放的反相端，R2跨接在运放的输出端和反相端之间，同相端接地，由虚短和虚断的概念可知，通过R3的电流为零，所以反相输入端的电位接近于地电位，故称为虚地。
虚地的存在是反相放大电路在闭环工作状态下的重要特征。
2、反相端为虚地点，即v n =0，由虚断的概念可知，通过R1的电流等于通过R2的电流故有012i n nv v v v R R --=所以 R R v v A i u 120-== 上式表明，该电路的电压增益是电阻R1与R2的比值。
负号表明输出电压与输出电压相位相反。
3、输入电阻R iR i =R R v v i v i i i i 11== 三、反相积分电路电路假设电容器C 初始电压为0，根据虚断和虚短可知：010111I n I dt dt c c R dt RC v v v i v v -===-⎰⎰⎰上式表明，输出电压为输入电压对时间的积分，负号表示它们在相位上是相反的。
四、反相微分电路设t=0时，电容器的电压为0，当信号电压接入后，有101I In d C dtd R RCdt v i v v v i =-== 从而 0I d RC dt v v =-上式表明，输出电压正比于输入电压对时间的微商，负号表示它们在相位上是相反的。
5、运算放大器仿真设计(一)
将原理图实例化，绘制如上电路图，在输入端加 上2.5V的直流电压，查看输出端out的电压
仿真后，在Analog Design Environment界 面选择Tools->Results Browser，通过结果 浏览器来看仿真的输出结果
双击dc0p-dc,右击out，选择Table，可以看出，当 同相端和反向端接入2.5V电压时，输出电压为 3.44v，说明运放可以正常工作
其版图设计从平面布局到各器件的几何图形的设计都要十 分的“讲究”，需要考虑的问题往往比数字集成电路多得 多。
如果在电路级上而不是在逻辑级上来考虑和优化一个数字 集成电路的性能，这将与模拟集成电路有许多共同点，对 高速数字集成电路的设计尤其如此。
性能指标要求
低频小信号放大倍数、单位增益带宽、相 位裕度、输出摆幅、共模抑制比、电源电 压抑制比、功耗等
瞬态分析
对电路中各节点电压和支路电流等变量进行 时域分析，对时间变量的响应，以得到电路 的失真度、延迟、转换速率和建立时间
参数扫描分析
用于仿真电路中某个元件的参数在一定取值 范围内变化时，对电路直流工作点、瞬态特 性、交流频率特性的影响
CMOS两级运放的电路结构(见课本P167页)
运放性能指标
Check and Save一下，可能有两个警告，可 以先忽略(不要删除错误符号)，接下来采用 spectre对电路进行仿真
• 仿真的时候选择dc，并保存直流工作点信 息
仿真结果没有波形信号，只能查看各点电压、 电流
可以按如下操作修改一下显示参数，在原理 图上显示id，vds，vgs和MOS管的四个端点电 压
运算放大器仿真设计(一)
模拟集成电路 设计流程图
运放仿真方法整理
运放仿真方法整理运算放大器的仿真包括直流工作点仿真(OP)、直流扫描仿真(DC)、交流小信号仿真(AC)、瞬态仿真(TRAN)等等。
DC仿真又包括共模输入和输出范围、输入失调电压仿真；AC仿真包括开环增益、带宽、相位裕度、共模抑制比、电源抑制比等等；TRAN仿真包括大、小信号摆率、过冲、建立时间等等。
1直流扫描仿真1.1输入失调电压(V OS)仿真图1-1所示为运放输入失调电压的实际测量方法。
将运放接成单位负反馈的形式，并在正输入端加一个合适的直流电平V CM。
只要运放开环增益足够大则输出端电压即为输入直流电平加上输入失调电压。
由此可很方便地测量得到V OS。
实际CMOS运放的V OS约为mV量级，由非无限大开环增益引入的正、负输入端的压差为V CM/(1+A)，因此对于增益大于10000(80dB)的运放该误差对V OS测量造成的影响可以忽略。
图1-1运放输入失调电压测量结构必须注意的是，仿真得到的V OS仅由偏置失配造成，属于系统失调。
实际运放的输入失调电压的主要影响因素为元器件失配，而仿真器中会假设所有器件完全相同，因此仿真得到的失调电压并不能准确表征实际情况。
1.2共模输入范围(ICMR)和输出摆幅(SW)仿真将运放接成如图1-2(a)所示的单位负反馈的形式，将正输入端的电压从0至V DD进行直流扫描，观察输出端的电压变化曲线，即可观察该单位缓冲器的线性范围。
在运放的线性工作区域内，直流扫描曲线的斜率为45°，即输出能够良好跟随输入；在线性范围之外，则曲线发生弯曲，如图1-2(b)所示。
(a)仿真电路结构(b)输出随输入变化曲线图1-2输入共模范围仿真用该结构仿真得到的线性范围同时受到输入共模范围和输出摆幅的限制，因此无法用该结构精确测得ICMR。
对于一般的运放，输出摆幅范围通常大于输入共模范围，故该方法能够大致预估输入共模范围。
图1-3(a)所示的反相电压放大器增益为-10。
2.2.2 集成运算放大器的非线性应用仿真_实例讲解Multisim 10电路仿真_[共5页]
![2.2.2 集成运算放大器的非线性应用仿真_实例讲解Multisim 10电路仿真_[共5页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b4c20b43dd88d0d232d46a05.png)
电 路
电源正、负最大值。电压比较器是集成运算放大器的非线性应用，下面来了解几种常见的电
案 例第
压比较器。
分2
析章
2.2.2.1 电压比较器
1．零电压比较器（同相、反相两种形式）
反相零电压比较器如图 2-64 所示，信号发生器设置成 1kHz、10V 的正弦波，将信号 输入反相输入端。要注意的是运算放大器要用图中形式的，因为这种运算放大器的翻转特 性较好，还要设置它的正、负供电电压，也就是最大、最小极限电压，本例设置为+5V 和−5V。
图 2-62 实用的微分运算电路
图 2-63 实用微分运算电路输入、输出波形
2.2.2 集成运算放大器的非线性应用仿真
所谓运算放大器的非线性性质就是，若同相输入端的电位 u+稍大于反相输入端的电位
模 拟
u−，则 uo=+uom；反之，若 u−稍大于 u+，则 uo=−uom。其中，+uom 和−uom 表示运算放大器供电
上海大学模拟电子技术实验报告
上海大学模拟电子技术实验报告模拟电子技术基础报告上海大学模拟电子技术课外项目运算放大器学号: XXXXXXX姓名: XX教师: 徐昱琳日期: 2014.12.3运算放大器【摘要】：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”。
作为电子电路中的基本电路单元，我们应当有所了解，于是通过查阅相关书籍、资料，上网查阅等方式，初步了解了运算放大器。
知道了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。
【关键词】：运算放大器，理想运算放大器【正文】：运算放大器特点：(1)理想运算放大器的模型运算放大器的符号，如下图所示：理想运算放大器的参数为：(1)差模信号的开环电压增益为无穷大，即Av=∞；(2)差动输入电阻为无穷大，即Rid=∞；(3)输出电阻为零，即Rout=0；(4)开环频带宽度为无穷大，即BW =∞；(5)当输入同相端(“+”)与反相端(“－”)的电压相等时，输出电压Vout =0（针对双电源供电）。
上述条件下，运算放大器的两输入端之间为零端口化，即所谓“虚短虚断”状态，它的电压和电流同时为零，其特性可表示为V1=V2，I1=I2。
(2)非理想运算放大器的模型实际的运算放大器只能十分接近上述的理想放大器，或者说在理想运算放大器中增加一系列的模型参数，使其更接近实际情况。
下图是非理想运算放大器的一种模型：Rid、Cid 表示差动输入电阻、差动输入电容；Rout表示输出电阻；Ricm 、Cicm表示共模输入电阻、共模输入电容；Vos表示输入失调电压；Ios表示输入失调电流，它是在运放用两个相同的电流源驱动时，使输出电压为0的电流值，所以Ios可定义为两个输入偏置电流IB1和IB2之差；CMRR 是共模抑制比；V1/CMRR表示受控电压源；运放的等效噪声电压和等效噪声电流，它们以均方电压和均方电流表示，并认为它们是相互独立的。
《运放基本仿真步骤》课件
PART FOUR
设置仿真参数，如时间、频 率、电压等
建立仿真模型，包括输入、 输出、运算等模块
打开仿真软件，如MATL AB、 Simulink等
运行仿真程序，观察仿真结 果，如波形、数据等
分析仿真结果，验证设计是 否满足要求
调整仿真参数，重新运行仿 真程序，直至满足设计要求
观察输出电压波形：观察输出电压波形的 形状、幅度、频率等参数是否符合预期
观察输入电流波形：观察输入电流波形的 形状、幅度、频率等参数是否符合预期
观察输入电压波形：观察输入电压波形的 形状、幅度、频率等参数是否符合预期
观察电路参数：观察电路参数（如电阻、 电容、电感等）的变化是否符合预期
观察输出电流波形：观察输出电流波形的 形状、幅度、频率等参数是否符合预期
搭建仿真电路：根据实际需求，搭建运放电 路，包括输入、输出、反馈等部分
设置仿真参数：设置仿真时间、步长、精度 等参数，确保仿真结果的准确性
运行仿真：运行仿真，观察输出波形，分析 运放性能
调整参数：根据仿真结果，调整电路参数， 优化运放性能
保存结果：保存仿真结果，以便后续分析或 与其他人分享
PART TWO
仿真模型搭建：搭建符合实际需求的仿真 模型
参数设置：设置合理的参数值和范围
仿真结果分析：分析仿真结果，找出影响 性能的关键参数
参数调整：根据分析结果，调整关键参数值
重复仿真：重复进行仿真，直至达到满意 的性能指标
调整参数：根据仿 真结果调整参数， 如增益、带宽等
优化模型：选择合 适的模型，如 SPICE、Hspice等
,
汇报人：
CONTENTS
运算放大器仿真试验
运算放大器电路仿真试验报告1、 电路课程设计目的（1） 熟悉运算放大器电路的分析方法，加深对其的理解。
（2） 学会使用ewb 软件对运算放大器进行仿真模拟。
2、 仿真电路设计原理：运算放大器简称运放，是一种体积很小的集成电路器件。
其对外一般有8~11个引出端，其中两个输入端一个输出端，其作用是把输入电压放大一定倍数后在输送出去。
运放的电路模型如下图所示：工程上常把实际运算放大器看做理想运放，即∞≈=∞≈A R R in ,0,0，于是我们可以得到：（1）输入端口电流约为零，可近似视为短路，称为“虚断”。
（2）两输入端口间电压约等于零，可近似视为短路，称为“虚短”。
计算下图所示的电路中的输出电压0U 与输入电压i U 之比，其中：Ω=Ω=Ω=Ω=Ω=5,4,3,2,954321R R R R R如图设节点1节点2可列式：0312191)312191(021=---++U U U U n i n ——（1） 051)5141(02=-+U U n ——（2） 又由虚短可知V U n 01= 则可解得：002444.094U U U n == 2.0510319291000-=-=⇒=---i i U U U U U 3、 电路设计内容与步骤：如下图设计仿真电路，i U 的值自行预设，利用仿真软件中的电表测量出2n U 与0U 的值，将其与理论计算值进行比较。
为验证方便，在进行电路仿真实验时，将i U 设为10V ，实验得出数据如上图中所示：20.8889n U V =-，02U V =-200.88890.444452n U U -==-，020.210i U U -==- 与理论所得结果相同或相近，考虑到适当的误差范围可认为对于运放的分析方法是正确的。
4、 结果与误差分析由运放电路仿真实验可验证对于运放电路的分析方法及理想运算放大器的“虚断”、“虚短”性质是成立的本次试验的实际数据与理论数据之间存在一些误差，这些误差主要是由模拟电路的U的值显示为-0.8889V，实际上是对电表在显示数据时对于有效数据的取舍造成的，2n0.8888 的近似值。
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○1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；○2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()0422B 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：V18mVR11ΩR22ΩR32ΩR44ΩU2DC 10MOhm0.016V +-U3OPAMP_3T_VIRTUALU1DC 10MOhm0.011V +-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 VR11ΩR22ΩR32ΩR44ΩU2DC 10MOhm6.458V +-U3OPAMP_3T_VIRTUALU1DC 10MOhm4.305V +-，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。
2）由于运算放大器的工作范围是有限的，因此，在仿真时要把Ua和Ub的范围在毫伏或者更小的单位内，使运放在其线性范围内工作，这样结果才会更准确。
五、电路课程设计总结通过本次试验，我验证了理想运算放大器在线性工作区内“虚短虚断”的性质，学会了用模拟软件对含理想运算放大器电路的分析，加深了对含理想运算放大器电路的理解。
实验五 运算放大器的仿真方法
Vin-端对Vout直流短路，对地小信号短路。
Vin取幅度为1V且偏置于 vcom上的交流电压源。对 电路进行AC分析。CMRR 的值为: CMRR=Vdb(Vout1)Vdb(Vout2) CMRR的相角为 ∠∮=Vp(Vout1)-Vp(Vout2)
定义：PSRR可用下式表示：PSRR=20log[Av /(dVout/dVcc)] 当双电源供电时，电路的参考点电位一般是零电位点（GND），此时应分别 给出正、负电源Vcc和Vss的PSRR；而对单电源供电情况，电路的参考点电 位一般是GND，此时只要给出电源电压的PSRR即可。 正电源电压用PSRR+，负电源电压用PSRR－表示。
计算机学院 甘波
1、了解运放的各项指标。 2、掌握运放各项指标的仿真方法。
◦ Vcc=Vdd=3.3V
◦ 提示：进行仿真之前， 对该基本运放进行直 流扫描，确定工作点 是必要。
定义：实际运放中，当输入信号为零时，由于输入级的差分对不匹配 及电路本身的偏差，使得输出不为零，而为一 较小值 ，该值为输出 失调电压，折算到输入级即为输入失调电压（VOS）。仿真电路如下：
转换速率（slew rate）、建立时间（setup time）的仿真 转换速率：运放输出电压对时间的变化率，在测试转换速率时，应取 最大变化率。 建立时间：表示大信号工作时运放性能的一个重要参数，是指运放接 成电压缓冲器结构。输入阶跃大信号（Vin），输出电压从开始响应 到稳定值为止的时间。稳定值的误差范围一般为0.1%Vin，建立时间 与运放的转换速率有关，又表示了其阻尼特性（与相位裕度有关）。 将运放连接为缓冲器结构，采用瞬态(TRAN)分析，分别给出输入为 小信号（<20mV）和大信号（>500mv）的瞬态响应曲线。并分别 说明其建立时间。
上海交通大学本科学位课程 电路实验 运算放大器与受控电源
① 给定 u1=2.0V ，R1=R2=R3=2kΩ ，测定RL由0～3kΩ
变化时，i1、u2 的值 。（由此算得 i2 值），并计算
β。
R2
i2
R1 i1 m A
RL u2
8
u1 R3
图5.2.13 CCCS实验电路
给定值 RL / Ω 1k
2k
3k u1=2.0V ，R1=R2=R3=2kΩ
RL / Ω
测试值 i1 / mA
u2 / V
i2 / mA 计算值
β
实测
u1 = R1 = R2 = R3 =
② 令RL=2kΩ，R1接可调电阻箱，测量电流控制型 电流源的特性
给定值
R1 /Ω 1k 2k 4k 8k
i1 /mA
CCCS 测试值 i2 / mA
u2 /V
实验报告
1. 计算各受控源的 µ 、gm、γ m 和 β 。 2. 分析各受控源的伏安特性。
运算放大电路如图5.2.9（a）所示。由于正相输
入端“+”接地，“－”端虚地，电路中d点的电压
为 ud = −iR1 R1 = −i1R1 ，电流为
iR2
= − ud R2
= i1
R1 R2
，输
出端电流
i2
= iR1
+ iR2
= i1 + i1
R1 R2
= (1+
R1 R2
)i1
，即输出电流i2
受输入电流i1控制，与负载电阻无关。输出电流比
由于运算放大器的“虚地”特性，流过电阻R的
电流即为输入电流i1。运算放大器的输出电压为
u2 = −i1R ，即输出电压u2受输入电流i1控制。转移电
模电实验六集成运算放大器仿真
集成运算放大器仿真实验
1.仿真出反相比例运算电路波形图及放大倍数Au,能否仿真出改变参数后
得到的Au和你自己的序号一致,如果不能说明原因。
（1）电路图设计
反相比例运算电路波形的观察
则电压放大倍数Au=uo/ui，其中uo为输出电压，ui为输入信号源。
所以Au=-R3/R1。
（2）可以仿真出于自己序号一致的Au
2. 仿真出同相比例运算电路波形图及放大倍数Au
电路仿真图：
采用 NE5532运算放大器，输入电阻 Ri 为从入口看进去的值， 即为 R2||R1的值，则 Ri=1× 9÷(1+9)=0.9 求输出电阻时，先将信号源 Vi 置
零，则运放内的受控电压源也为零。
理想运放的输出电阻为零，再并上支
1 '
*h
路电阻也为零，放大增益Au=1+9/1=10
3.仿真出电压跟随器波形图及放大倍数Au
采用NE5532 运算放大器，输入电阻Ri=Vi/Ii,期中Vi=Vp,因为Ri趋于无穷，必有Ii,故从放大电路输出口看进去的电阻为Ri=Vi/Ii趋于无穷大，将信号源Vi 置零，则运算放大器的受控电压源也为零。
同时因为理想放大器的输出电阻R0=0,，尽管输出端还有其他并联支路。
但从放大电路输
出口看进去的电阻R0=r0||[(Ri|ri)+R2],故有R0趋于0，而放大倍数A0=V0/Vi=1
由上图可以看出，电压跟随器所得到的输出电压与输入电压在幅值、相位、频率上完全相同，所以在图上只能看到一条波形，实际上市两条波形重合了，也达到了电压跟随的效果。
运算放大器构成的18种功能电路(带multisim仿真)
（1）反相比例放大器：将输入加至反相端，同时将正相端子接地，由运放的虚短和虚断V U U 0==+-，又有102R U U R U U i -=---，得输出为：i U R RU 210-= 仿真电路为：取：Ω==k R R 2221，tV U sin 21=,得到输出结果为：tV U sin 40-=输出波形为：（2）电压跟随器：当同相比例放大器的增益为1时，可得到电压跟随器，其在两个电路的级联中具有隔离缓冲作用。
可消除两级电路间的相互影响。
其仿真波形为：取输入为4V，频率为1kHz的方波，得到输出结果为：（3）同相比例放大器：将INA133的2,5和1,3端子分别并联，以此运放作为基本放大器，反馈网络串联在输入回路中，且反馈电压正比于输入电压，引入串联电压负反馈。
反馈电压1211U R R R U f +=由运放的虚短和虚断，有输出电压为：1120)1(U R R U += 其仿真电路为：取tV U sin 21=，Ω==k R R 2212，得到结果为：tV U sin 60= 其输出波形为：（4）反相器：当方向比例放大器增益为1时可得到反相器电路，其仿真电路为：取：tV U sin 21=，输出结果为：tV U U sin 210-=-=仿真输出波形为：（5）同相相加器;将输入信号引至同相端，得到同相相加器由INA133内置电阻设计如下电路，得到输出结果为：210U U U += 仿真电路为：取tV U sin 21=,tV U sin 32=,由公式得到结果为：tV U sin 50= 仿真输出波形为：（6）相减器：将输入信号分别加在INA133的正相和反相输入端，可得到相减电路，其仿真电路如下： 其输出结果为：210U U U -=取tV U sin 51=,tV U sin 22=，计算输出结果为：tV U sin 30=其仿真输出波形为：（7）积分器：利用INA133及电容可构成反相积分器，仿真电路如下图，电阻2R 与运放构成积分器，电阻1R 可起到保护作用，防止低频信号增益过大。
运算放大器的应用电路仿真
运算放大器的应用电路仿真1.反相比例运算电路仿真验证反相比例放大电路仿真电路如图a所示。
图a由参数设置知：R1=10KΩ，R F=100KΩ得输出电压u o为：iii1o1010100uuuRRu F-=-=-=上式表明，输出电压和输入电压是比例运算关系，或者说反相放大的关系。
在实际设计过程中，必须注意以下问题。
（1）输出电压u o的幅度必须小于运算放大器的最大容许电压，以避免产生非线性失真。
（2）R2的数值选择要满足R2=R1//R F，以保持运放输入级差动电路的对称性，减小运放输入失调的影响。
在图a所示的仿真电路中，当开关J1、J2分别闭合，即当u i=0.2V和u i=-0.2V 时，对电路进行仿真，输出万用表显示的电压值分别为-1.978V和2.02V，如图b 所示。
图b由仿真结果可以看出，由于运算放大器的非理想性，使得仿真结果和理论分析结果之间有一定的差别，但相差不大，可以认为仿真结果与理论计算结果一致。
当开关J3闭合时，按下仿真开关，观察示波器的输入、输出波形，如图c所示。
图c2.具有限幅作用的电压比较器当u i<u R时，比较器输出端的电压为-U om，稳压管正向导通，忽略其正向导通压降，u o≈0；当u i>u R时，比较器输出端的电压为U om，稳压管反向击穿，u o≈U Z。
图e为带双向限幅的过零比较器的仿真电路。
图e仿真输入、输出信号的波形如图f所示，此时输出正的最大值为稳压管D2的稳定电压+5.755V，负的最大值为稳压管D1的稳定电压-5.755V。
图f。
课题四 含运算放大器的仿真电路分析
课题四含运算放大器的仿真电路分析一．仿真目的1.掌握运算放大器工作在线性区时的电路仿真模型。
2.理解并掌握运算放大器的外部特性。
3.能够根据运算放大器的基本原理解决简单的电路问题。
二．仿真电路原理分析根据理想运算放大器的特点Rin →∞，R。
→0，A →∞，可以得到两条规则。
虚断：由于理想运算放大器R in→∞，则Ia ≈0，I b≈0，则输入端的电流为零，可近似为断路，称为虚断。
虚短：由于理想运算放大器A →∞，u。
为有限量，则u b-u a≈0，则输入端间电压约等于零，可近似为短路，称为虚短。
例：如图所示电路中含有一理想运算放大器。
已知R1=1KΩ，R2=2 KΩ，R3=50KΩ，R4=100 KΩ，R5=2 KΩ，R L=100 Ω，u i=3V。
求输出电压u。
解：根据理想运算放大器的特性，由虚断，有 I- =I+ =0由虚短，有u b=0。
由基尔霍夫电流电流定律，a节点处（51312111R R R R +++）u na -31R u nb -51R u 。
=11R u i b 节点处 -31R u na -41R u 。
+ i- = 0 化简可得2.02u na -0.5u 。
= 32u na +u 。
=0从而可以解得U 。
=-1.987V 。
三． 仿真电路测试及分析根据电路图在仿真模拟软件中连接好电路，运行该程序，可得到以下结果。
可以看到，在仿真电路中得到的结果和在计算值是相同的。
所以，含有运算放大器的电路中，要灵活运用“虚断”和“虚短”这两个规律，从而解决好含有运算放大器的相关问题。
四．仿真电路注意事项1.运用虚断和虚短的条件必须要满足Rin →∞，R。
→0，A →∞，而不是任何时候都能运用这一结论。
2.分析含理想放大器的电阻电路，一般采用节点法，或根据KCL列写方程。
与理想运算放大器输出端直接相连的节点，一般不列KCL方程。
五．仿真电路实验心得在本次运算放大器的仿真实验中，我认识到了运算放大器运用的严格条件。
运算放大器的测量和仿真
运算放大器的测量和仿真1.概述仿真是运放设计的一项重要内容，运放的仿真与运放的应用环境是不可分割的，在仿真之前一定要首先确定运放的实际负载，包括电阻、电容负载，还应包括电流源负载，只有负载确定之后，仿真出的结果才是有意义的：不同的应用场合对运放的性能指标要求也不一样，并不需要在任何时候都要将运放的所有指标都进行仿真，所以，在仿真之前要明确应该要仿真运放的哪几项指标，哪几项指标是可以不仿真的。
在仿真时，要对不同的指标分别建立仿真电路，这样有利于电路的检查；DC、AC分析是获得电路某一性能指标信息的一种手段，它需要一些相关的条件来支持，当我们忽略了某一条件或根本没有弄清还有哪些条件时，DC、AC分析的结果就可能与实际情况不一致，导致错误的发生。
瞬态仿真则是反映出电路工作的现象，只有瞬态仿真通过，才能说明电路具备了相应的能力。
如：我们在仿真运放的频率特性时，所设计的仿真电路是建立在输入源的输出电阻为零（或很小，几百ohm以下）的基础之上，此时仿真出的运放稳定性很好，但如果实际电路前级的输出电阻不为零（此时应考虑运放输入级的寄生电容），这时，在做实际电路的瞬态仿真时，会发现输出有较大的过冲，瞬态仿真必不可少！而且，每一个AC、DC分析结果都可以用瞬态仿真加以验证。
以下仿真电路，只画出了电阻、电容负载，没有给出电流源负载，在进行电路的仿真时，要根据实际情况，酌情考虑电流源负载的影响（实际上电路动态工作时，一定有输出电流）。
一般情况下，电阻、电容负载是相对于共模电压的（不是GND），不会引入静态电流，但在某些场合，如输出驱动电路，其电阻负载是对地的，此时会引入静态电流，这些东西在实际仿真时都是要考虑的。
运算放大器的测量和仿真类别包括：开环增益、开环频率响应（包括相位裕度）、输入失调电压、共模增益、电源抑制比、共模输入输出范围、开环输出电阻和瞬态响应（包括摆率）。
AC相当于小信号仿真，步骤是先进行直流工作点仿真再进行小信号仿真，对于直流电源相当于短路DC可以仿真工作点，范围等相当于现实物理模型的仿真，接近真实情况表1 MOS运算放大器技术指标总表2.概述总体电路：Symbol：3.双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范3.1 直流参数仿真3.11 失调电压（voltage offset ）的仿真差分放大器性能一个重要的方面就是所能检测到的最小直流和交流差模电压。
实验十一集成运算放大器电路仿真设计实验(参考报告)
实验三 集成运算放大器电路仿真设计实验（参考实验报告）
一、 实验目的（见实验指导书） 二、 实验设备（见实验指导书） 三、 实验原理（见实验指导书） 四、 实验内容（参考）
1、用μA741设计实现下列各种运算功能的电路，并完成各实验 （1）U o ＝4U i
（注：根据公式U O = (1+1
R Rf
)U i 、R 2=R 1∥R f 自己选定R 1、R 2、R f 参数）
（注：U i 具体验证电压值自拟，但必须保证电压U O 低于运算放大器的工作电压±12V ）
（2）U o ＝－2U i
（注：根据公式U O = —Ui R Rf
1
、R 2=R 1∥R f 自己选定R 1、R 2、R f 参数）
（注：U i 具体验证电压值自拟，但必须保证电压O 低于运算放大器的工作电压±12V ）
（3）U o ＝－（U i1＋U i2）
（注：根据公式U o= —R f （2
2
11R U R U ）、R 3= R 1∥R 2∥R f 自己选定R 1、R 2、R 3、R f 参数）
（注：U 1、U 2具体验证电压值自拟，但必须保证电压U O 低于运算放大器的工作电压±12V ）
2﹑设计一个反相积分运算电路，将方波变换成三角波。
已知条件：方波幅值为2V ，周期为1ms 设计要求：三角波幅值为 1 V 。
（注：根据公式U o =－1/R 1C 1∫U i (t)dt 自己选定R 1、C 1参数；在实用电路中，为了防止低频信号增益过大，常在电容上并联一个电阻加以限制）
画出积分电路的输入和输出波形：
五、 总结和问题讨论（略）。
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上海大学-运算放大器电路仿真
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
模拟电子技术课程实践项目
运算放大器的仿真分析与传输特性测绘
二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测试
姓名：何其孟
学号：
院系：机自学院自动化系
运算放大器的仿真分析与传输特性测绘
[元件原理]
in R →∞根据理想运放的特点，0R 0→和A →∞，可以得到以下两条规则：
（1）“虚断”：由于理想运放in R →∞，则0,0,a b i i ≈≈故输入端口的电流约为零，可近似视为断路，称为“虚断”。
（2）“虚短”：由于理想运放A →∞，0u 为有限量，则0
u 0b b u u A -=≈，即两输入端间电
压约等于零，可近似视为断路，称为“虚短”。
[仿真分析] 1、 不同运算放大器的增益分析
反向比例器：电压并联负反馈。
因为有负反馈，利用虚短和虚断，u + =0，u －=u +=0（虚地），
由f o
1i R u R u -=得：
电压放大倍数为：
1
f i o R R u u A -==
同相比例器：电压串联负反馈。
因为有负反馈，利用虚短和虚断，u -= u += u i ，i 1=i f （虚断），
由
可得：
电压放大倍数为：
1
f i o 1R R u u A +==
电压跟随器：
因为有负反馈，利用虚短和虚断：u i =u += u -= u o 故有：
电压放大倍数A u =1。
f o i 1i 0R u u R u -=-
加法运算电路
0==-+u u ，i 1 + i 2= i f ，f o 2i21i1R u R u R u -=+，)(i22
f i11f o u R R u R R u +-= 若R 1 =R 2 =R , )(i2i1f o u u R
R u +-
=
积分电路：R
u i i =∴虚地 t i C u u d 1C C O ⎰-=-= t u RC
d 1i ⎰-=
微分电路：u -= u += 0 ，dt du C i i C =，C i i =，R i u -=O ，dt
du RC u i o -= 2、运算放大器传输特性测绘
利用U （有效值）=30V 的正弦波作为激励源测绘经过放大器的波形，可以发现波形最低和最高峰分别为-20V 和+20V ，当激励源电压回到0V 附近时输出波形有一小段斜线下落，可以得出此运算放大器的传输特性为：
其中Uo=20V 。
End.。