运算放大器稳定性实验
模电实验报告五 运算放大器
模拟电子技术实验报告第（5 ）次实验实验名称：_运算放大器专业班级：自动化姓名：学号：一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的比例、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。
理想运算放大器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，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益Aud=∞输入阻抗ri=∞输出阻抗ro=0带宽fBW=∞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征：1、输出电压uo与输入电压之间满足关系式子uo=Aud(u+—u-)由于Aud=∞，而uo为有限值，因此，u+—u-≈0,。
即u+≈u-，称为“虚短”。
2、由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB=0，称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述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。
基本运算电路（1）反相比例运算电路电路如图4-1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R2=R1//RF（2）反相加法电路电路如图4-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为（3）同相比例运算电路图4-3（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（4）差动放大电路（减法器）对于图4-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式（5）积分运算电路反相积分电路如图4-5所示。
在理想化条件下，输出电压uo等于式中uc(o) 是t=0 时刻电容C 两端的电压值，即初始值。
消除放大器输出震荡运放稳定研究
三、实验仪器
台式计算机，示波器，信号发生器， 直流稳压电源，万用表，面包板等。
四、实验内容及步骤
R2 10k
V2 15
4 V-
OP1 uA741
R1 10k
2
-
VF1
6
3 ++
7
Vin
V+
C1 1u R3 100k
+
VG1
V1 15
图1 运放接容性负载
四、实验内容及步骤
C2 220p R2 70k
实验二
运算放大器输出稳定性研究
一、实验目的
分析运算放大器输出不稳定的原因 利用TINA-TI研究如何提高运算放大器
输出稳定性的方法。
二、实验原理
在运算放大器的很多应用场合，要驱动 较大的容性负载，对于理想运放来说， 其输出阻抗为0，所以输出不会出现震 荡的现象，但是实际运放器存在输出阻 抗，该电阻与容性负载耦合，往往会在 运放的单位增益带宽内产生新的极点， 这将导致运放输出的不稳定。
按照图2，在面包板上连接电路，观察输出结 果，记录输出波形，及过冲幅度，稳定时间。 从而验证使运放输出稳定的方法。
五、思考题
减小图2中的R2，观察能使运放输出 稳定的R2最小值。
研究其他能够使运放输出稳定的方法。
R1 10k
Vin VG1
+
7
4 V-
V2 15
OP1 uA741
2
-
6
3 ++
V+
V1 15
C1 1u R3 100k
VF1
图2 提高闭环增益和加入Cf
四、实验内容及步骤
典型的两级运放环路稳定性分析
典型的两级运算放大器环路稳定性分析典型的两级运放如图所示，负载电容CL=50fF。
首先建立静态工作点。
加偏置电流I0=4uA,加共模输入电平1.25V。
仿真后得到结果如下，静态工作点是合适的。
1.开环分析米勒补偿前做开环分析如下，显然，这是不合适的。
加米勒补偿电容Cc=200fF，做开环分析如下，显然，这也是不合适的。
这是由于电路中存在零点造成的。
加入调零电阻Rz=40K，，仿真结果如下。
可以看出，，，相位裕度为40度，不够。
可通过加大补偿电容来进一步分裂p1，p2主次极点。
（已尝试过加米勒补偿电容Cc=300fF可以得到大于60度的相位裕度）。
但是本次设计的运放用在负反馈环路中，故只需要负反馈环路是稳定的就达到设计标准。
理论计算。
查看各管子的静态工作点。
，，，即。
，，，即。
，。
理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值与仿真结果40度偏差较大。
2.在负反馈环路中做环路稳定性分析：从上图可以看出，加入反馈电阻网络R1，R2后就打破了原有的静态工作点：主要是反馈电阻网络R1，R2中的电流由M7管提供，所以M7管的静态工作点打破了，即运放的第二级跨导GmⅡ，输出电阻R2都变了。
从波特图中可以看出相位裕度为77度，满足设计标准。
理论计算：查看各管子的静态工作点。
，，，即。
，，，即。
，。
理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值与仿真结果77度偏差较大。
此结果可能是由于gm7变大，原来的调零电阻RZ过大造成的。
现在改变调零电阻Rz=25K，，仿真结果如下：此时，相位裕度为63度，满足设计标准。
3.改用大电感大电容仿真环路增益：仿真方法如上图所示，将环路断开，加入大电感L0=1GH通直流以建立直流工作点，并且断开交流通路，加入大电容C3=1GF通交流小信号V8。
从仿真结果图中可以看出相位裕度为70度。
不同的仿真方式所得到的结果略有误差。
运算放大器实验报告
运算放大器实验报告运算放大器实验报告引言运算放大器（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、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，被广泛用于信号放大、滤波、积分、微分等各种电路中。
本实验旨在通过实际操作，深入了解运算放大器的基本原理和应用。
实验目的1. 了解运算放大器的基本原理和特性；2. 熟悉运算放大器的实际应用；3. 掌握运算放大器的参数测量方法。
实验装置和材料1. 运算放大器实验箱；2. 直流电源；3. 电阻、电容等基本元件；4. 示波器、信号发生器等测试仪器。
实验步骤1. 搭建基本的运算放大器电路，并接通电源；2. 测量运算放大器的输入和输出电压，并计算增益；3. 将运算放大器用于反相放大电路，并测量增益；4. 将运算放大器用于非反相放大电路，并测量增益；5. 将运算放大器用于比例积分放大器电路，并测量增益和相位延迟；6. 将运算放大器用于差分放大器电路，并测量增益和共模抑制比。
实验结果与分析1. 在基本的运算放大器电路中，输入电压为1V，输出电压为10V，计算得到增益为10。
这符合运算放大器的基本特性，即输出电压等于输入电压乘以增益。
2. 在反相放大电路中，输入电压为1V，输出电压为-10V，计算得到增益为-10。
反相放大电路可以将输入信号进行180度的相位翻转，并放大到一定倍数。
3. 在非反相放大电路中，输入电压为1V，输出电压为10V，计算得到增益为10。
非反相放大电路可以将输入信号放大到一定倍数，但不改变其相位。
4. 在比例积分放大器电路中，输入为正弦波信号，通过测量输出电压和输入电压的相位差，计算得到增益和相位延迟。
增益和相位延迟与输入信号频率呈正相关关系。
5. 在差分放大器电路中，输入为两个不同的信号，通过测量输出电压和输入电压的差值，计算得到增益和共模抑制比。
差分放大器电路可以将两个输入信号的差值放大到一定倍数，并抑制它们的共同模式信号。
运算放大器稳定性及频率补偿学习报告
信息科学与技术学院模拟CMOS集成电路设计——稳定性与频率补偿学习报告姓名：学号：二零一零年十二月稳定性及频率补偿2010-12-3一、自激振荡产生原因及条件1、自激振荡产生原因及条件考虑图1所示的负反馈系统，其中β为反馈网络的反馈系数，并假定β是一个与频率无关的常数，即反馈网络由纯电阻构成，不产生额外的相移(0βϕ= )；H (s )为开环增益，则()H s β为环路增益。
所以，该系统输入输出之间的相移主要由基本放大电路产生。
图1 基本负反馈系统 该系统的闭环传输函数(即系统增益)可写为：()()1()Y H s s X H s β=+ 由上式可知，若系统增益分母1()H s j βω==-1，则系统增益趋近于∞，电路可以放大自身的噪声直到产生自激振荡，即：如果1()H j βω=-1，则该电路可以在频率1ω产生自激振荡现象。
则自激振荡条件可表示为：1|()|1H j βω=1()180H j βω∠=-注意到，在1ω时环绕这个环路的总相移是360 ，因为负反馈本身产生了180 的相移，这360 的相移对于振荡是必需的，因为反馈信号必须同相地加到原噪声信号上才能产生振荡。
为使振荡幅值能增大，要求环路增益等于或者大于1。
所以，负反馈系统在1ω产生自激振荡的条件为：(1)在该频率下，围绕环路的相移能大到使负反馈变为正反馈；(2)环路增益足以使信号建立。
2、重要工具波特图判断系统是否稳定的重要工具是波特图。
波特图根据零点和极点的大小表示一个复变函数的幅值和相位的渐进特性。
波特图的画法：(1)幅频曲线中，每经过一个极点P ω(零点Z ω)，曲线斜率以-20dB/dec(+20dB/dec)变化；(2)相频曲线中，相位在0.1P ω(0.1Z ω)处开始变化，每经过一个极点P ω(零点Z ω)，相位变化-45 (±45 )，相位在10P ω(10Z ω)处变化-90 (±90 )；(3)一般来讲，极点(零点)对相位的影响比对幅频的影响要大一些。
全差分运算放大器中共模稳定性的分析
Ａｂ ｔａ ｔ Ｄｅｉｎｃ ｎ ｉｅａｉｎ ｒ ｒｓ ｎｅ ｒｓａ ｉ ｚｎ ｅｃ ｍｍｏ — ｄ ｅ ｂ ｃ （ ＭＦ ｓｒ ｃ ： ｓｇ ｏ ｓｄ ｒｔ ｓａｅｐ ｅｅ ｔｄｆ ｔｂｌ ｉｇｔ ｏ ｏ ｏ ｉ ｈ ｎ ｍｏ ｅｆ ｄ ａ ｋ ｅ Ｃ Ｂ） ｌｏ ｌ ｏ ｐｉ ｆ ｌ ｎｕｙ
的框 图。
共模反馈电路环路首先检测共模输出平均电压 （ ｏ ＋ ０ ） ，然后产生一个关 于 Ｖ ｃＶ ｍ的信 Ｖｎ ｖＰ ／ ２ ｏ— ｃ
的电路关于对称轴是完美的匹配并且对称的 ， 避免 了镜像极点 ， 从而获得 了更高的闭环速度。
然而 ，全差 分运算 放 大器最 主要 的一 个缺 点是 需 要 共 模 反 馈 电路 （ｏ ｍｏ ｏｅ￣ ｄａｋ ｃｍ ｎ ｍ ｄ ｅｂｃ ，
Ｃ Ｂ） ＭＦ 来控 制共 模输 出 电压 。 在一个 实 际 的差 分 电 路 中 ， 电流源 （ 拉 电流 源 ） ｎ型 电流 源 （ Ｐ型 上 与 下
ｓ ａｔ ｔ ｅｓ’
．
Ｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｎ ０ １ ｕ ＣＭＯＳ ｍｉｅ ｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓ ｆ ＭＩ ｓｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌ ｅ ｈ ｉ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｄ ｉ ． ８ ｍ ｃ ｘ ｄ ｓｇ ａ ｏ ｅ ｓｏ ｐ Ｓ Ｃ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ａ ｅ ｎ ａｆ ｄ ｄ ｏ
ｄ ｆ ｒ ｎ ｉｌ ｏｔｇ ｅ ｂ ｃ ＭＯＳ ａ ｌ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｒ ｇ ａ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｅｆ ｄ ａ ｋ Ｃ ｆ ａｖ ａ ｅ ｍｐ ｉ ｒ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ ａ ｎ Ｃ ｎ ｒｌ ｍｐ ｉ ｅ ｓ Ａ ｅ ｏ ｓｄ ｒ ｔ ｎ ｉ ｆ ｕ ｎ ｂ ｅ ｇ ｉ ｏ ｔ ｏ ａ ｌ ｒ ． ｆ ｒ ｎ ｉｅ ａ ｉ ｓｉ ｉ ｆ ｔ ｃ ｏ ｎ
典型的两级运放环路稳定性分析
典型的两级运算放大器环路稳定性分析典型的两级运算放大器环路稳定性分析典型的两级运放如图所示，负载电容CL=50fF 。
首先建立静态工作点。
首先建立静态工作点。
加偏置电流加偏置电流I0=4uA,加共模输入电平1.25V 。
仿真后得到结果如下，仿真后得到结果如下，静静态工作点是合适的。
态工作点是合适的。
1. 开环分析开环分析米勒补偿前做开环分析如下，显然，这是不合适的。
米勒补偿前做开环分析如下，显然，这是不合适的。
加米勒补偿电容Cc=200fF，做开环分析如下，显然，这也是不合适的。
这是由于电路中存在零点造成的。
存在零点造成的。
加入调零电阻Rz=40K，，仿真结果如下。
可以看出，，，相位裕度为40度，不够。
可通过加大补偿电容来进一步分裂p1，p2主次极点。
（已尝试过加米勒补偿电容Cc=300fF可以得到大于60度的相位裕度）。
但是本次设计的运放用在负反馈环路中，故只需要负反馈环路是稳定的就达到设计标准。
运放用在负反馈环路中，故只需要负反馈环路是稳定的就达到设计标准。
理论计算。
理论计算。
查看各管子的静态工作点。
查看各管子的静态工作点。
，，，即。
，，，即。
，非常接近。
理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，，理论值度偏差较大。
与仿真结果40度偏差较大。
2.在负反馈环路中做环路稳定性分析：在负反馈环路中做环路稳定性分析：从上图可以看出，加入反馈电阻网络R1，R2后就打破了原有的静态工作点：主要是反馈电阻网络R1，R2中的电流由M7管提供，所以M7管的静态工作点打破了，即运放的第二级跨导GmⅡ，输出电阻R2都变了。
从波特图中可以看出相位裕度为77度，满足设计标准。
理论计算：理论计算：查看各管子的静态工作点。
查看各管子的静态工作点。
，，，即。
，，，即。
，非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，理论值与仿真结果非常接近。
，此时，相位裕度为63度，满足设计标准。
运算放大器稳定性分析3
Several example circuits ready for open-loop simulation are shown here. They can be used for review if there is confusion regarding where to break the loop in many standard circuit configurations. Note that for proper stability analysis, any output loading must remain directly on the output of the op amp and should not be placed on the other side of the inductor. Doing so would remove the effects the output loads have on the op amp output. 很多电路可以运用开环 SPICE 电路仿真，在实际电路中不知在何处断开 环路而感到困惑时可以用这些例子作为参考。 注意为了得到正确的稳定性分析结论，运放输出端所接的负载必须直接 体现在电路中，且不应该放置在电感的另外一端，否则就体现不同的负 载效应。
运算放大器的应用实验报告
运算放大器的应用实验报告运算放大器的应用实验报告引言：运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子元器件，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。
它在现代电子电路中有着广泛的应用。
本实验旨在通过实际操作和测量，探索运算放大器在不同电路中的应用，并验证其性能。
一、直流放大电路实验：1. 实验目的：通过搭建直流放大电路，观察运算放大器的放大效果，并测量其放大倍数。
2. 实验步骤：（1）搭建直流放大电路，将运算放大器的正、负输入端分别连接到输入信号源和地线。
（2）调节输入信号源的幅度，记录输出信号的幅度。
（3）改变输入信号的频率，观察输出信号的变化。
3. 实验结果和分析：通过实验数据的测量，我们得到了输入信号和输出信号的幅度数据，并计算了放大倍数。
结果显示，运算放大器能够将输入信号放大数倍，并且在一定频率范围内保持较好的线性放大特性。
二、反相放大电路实验：1. 实验目的：通过搭建反相放大电路，探索运算放大器的反相放大功能，并测量其放大倍数和频率响应。
2. 实验步骤：（1）搭建反相放大电路，将运算放大器的正输入端接地，负输入端连接到输入信号源。
（2）调节输入信号源的幅度，记录输出信号的幅度。
（3）改变输入信号的频率，观察输出信号的变化。
3. 实验结果和分析：实验数据显示，反相放大电路能够将输入信号进行反向放大，并且放大倍数与输入信号的幅度成反比。
此外，随着输入信号频率的增加，输出信号的幅度逐渐下降，表明运算放大器的频率响应存在一定的限制。
三、非反相放大电路实验：1. 实验目的：通过搭建非反相放大电路，研究运算放大器的非反相放大功能，并测量其放大倍数和频率响应。
2. 实验步骤：（1）搭建非反相放大电路，将运算放大器的正输入端连接到输入信号源，负输入端接地。
（2）调节输入信号源的幅度，记录输出信号的幅度。
（3）改变输入信号的频率，观察输出信号的变化。
3. 实验结果和分析：实验数据显示，非反相放大电路能够将输入信号进行非反向放大，并且放大倍数与输入信号的幅度成正比。
放大器的稳定性
非重复输入讯号需要利用使C放电(FET与C并联)来重置积分器；
C承受介电应力，可能导致双斜率积分；
必须考虑C的泄漏电流。
反相积分器是性能良好的电路，但与所有模拟电路一样，它们需要注意细节。
透过运算放大器配置的积分器(integrator)是由电阻、电容和运算放大器组成的简单电路，那么怎么会出问题呢？在图1中，当ZF为电容时，闭回路理想增益方程为G = -1/RGtor)。 因此，该电路执行纯积分。
图1 基本的运算放大器积分器并不像乍看那样简单。
有些设计人员错误地认为此配置可能不稳定，因此可以使用公式1计算回路增益(loop gain)以确定是否存在潜在的稳定性问题。其中，a是运算放大器的开回路增益。
在著名的Bode图上，零点从最低频率轴开始产生90°正相移，而极点在f = 1/ (2πRGC)处的频率处产生-45°相移。；在f = 1 / (2πRGC)时，总相移为45°，在大约10f时相移减小至零。相移永远不会接近不稳定所需的-180°，因此电路问题必须存在于其他地方。
运算放大器包含需要输入电流的晶体管。如果运算放大器具有npn输入晶体管，则输入电流将从地面流入电路，而pnp晶体管的电流则相反，反相输入电流从地流过RG和C。不管输入电流有多小，最终它都会对电容充电，从而导致运算放大器在正电源轨处饱和(对于pnp输入晶体管)。
可以透过添加一个与C并联的电阻轻松解决饱和问题。电阻提供偏置电流，饱和度减小至较小的电压偏移。带有并联电阻的闭回路增益和回路增益方程式如下：
阶跃函数输入电压导致输入电流VIN / RG，并且输入电流可能会损坏电容、毁损运算放大器或引起振铃。工程师经常在电容上串联一个小电阻，以提高可靠性。带有串联电阻的闭回路增益和回路增益方程式如下：
运算放大器稳定性分析(TI)
运放稳定性第1部分（共15部分）：环路稳定性基础1.0 引言本系列所采用的所有技术都将“以实例来定义”，而不管它在其他应用中能否用普通公式来表达。
为便于进行稳定性分析，我们在工具箱中使用了多种工具，包括数据资料信息、技巧、经验、SPICE 仿真以及真实世界测试等，都将用来加快我们的稳定运放电路设计。
尽管很多技术都适用于电压反馈运放，但上述这些工具尤其适用于统一增益带宽小于20MHz 的电压反馈运放。
选择增益带宽小于20MHz 的原因是，随着运放带宽的增加，电路中的其他一些主要因素会形成回路，如印制板 (PCB) 上的寄生电容、电容中的寄生电感以及电阻中的寄生电容与电感等。
我们下面介绍的大多数经验与技术并非仅仅是理论上的，而且是从利用增益带宽小于20MHz 的运放、实际设计并构建真实世界电路中得来的。
本系列的第1部分回顾了进行稳定性分析所需的一些基本知识，并定义了将在整个系列中使用的一些术语。
9Data Sheet Info 9Tricks 9Rules-Of-Thumb 9Tina SPICE Simulation9TestingGoal:EASILY Tricks & Rules-Of-Thumb apply for Voltage FeedbackOp Amps, Unity Gain Bandwidth <20MHzTo learn how to analyze and design Op Amp circuits for guaranteed Loop Stability using Data Sheet Info, Tricks, Rules-Of-Thumb, Tina SPICE Simulation, and Testing.Note:图1.0 稳定性分析工具箱图字（上、下）：数据资料信息、技巧、经验、Tina SPICE 仿真、测试；目的：学习如何用数据资料信息、技巧、经验法则、Tina SPICE 仿真及测试来“更容易地”分析和设计运放，以确保环路稳定性；注：用于统一增益带宽小于20MHz 的电压反馈运放的技巧与经验法则。
稳定性实验实验报告
一、实验目的1. 了解稳定性实验的基本原理和方法；2. 掌握实验仪器和设备的使用方法；3. 通过实验验证系统稳定性的基本理论；4. 分析系统稳定性的影响因素，提高系统稳定性。
二、实验原理稳定性是指系统在受到扰动后，能够恢复到原来平衡状态的能力。
在工程实践中，系统稳定性对于系统的可靠性和安全性至关重要。
本实验通过模拟电路来研究系统稳定性，主要涉及以下原理：1. 稳定条件：系统的特征方程的判别式小于0时，系统稳定；2. 稳定域：系统稳定时，输入信号的幅度和频率在稳定域内；3. 稳定裕度：系统稳定时，增益裕度和相位裕度越大，系统稳定性越好。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：用于搭建模拟电路；2. 信号发生器：用于产生不同频率和幅度的信号；3. 示波器：用于观察和分析信号的波形；4. 计算器：用于计算和记录实验数据。
四、实验步骤1. 搭建实验电路：根据实验要求，搭建模拟电路，包括电阻、电容、运算放大器等元件；2. 设置实验参数：调整信号发生器的频率和幅度，设置示波器的参数，如时间基准、电压基准等；3. 测试系统稳定性：向系统输入不同频率和幅度的信号，观察系统的输出波形，分析系统的稳定性；4. 记录实验数据：记录实验过程中观察到的现象和数据，包括波形、幅度、频率等；5. 分析实验结果：根据实验数据和理论分析，判断系统的稳定性，并分析系统稳定性的影响因素。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，观察到了以下现象：（1）当输入信号频率较低时，系统输出波形稳定；（2）当输入信号频率较高时，系统输出波形出现振荡，稳定性下降；（3）当输入信号幅度较大时，系统输出波形失真，稳定性下降。
2. 实验分析（1）根据稳定条件，当系统特征方程的判别式小于0时，系统稳定。
在本实验中，通过调整电路参数，实现了系统稳定；（2）根据稳定域理论，系统稳定时，输入信号的幅度和频率在稳定域内。
在本实验中，通过调整信号发生器的参数，验证了稳定域的存在；（3）根据稳定裕度理论，系统稳定时，增益裕度和相位裕度越大，系统稳定性越好。
运放稳定性分析详解(五)
运放稳定性第5部分（共15部分）：单电源缓冲器电路的实际设计作者：Tim Green，德州仪器公司本系列的第5部分将着重讨论“实际”应用，我们到目前为止所学会的技巧和经验都将得到应用，帮助我们方便地稳定一个复杂的电路。
我们将设计一个通用单电源缓冲放大器（将2.1V 缓冲至4.1V参考），5V单电源供电使它能够线性地工作，可提供较大的输出电流（>13mA），并在 -40°C 至 +125°C工作温度范围的飘移为0.4V。
虽然可将该电路用于许多应用中，但我们仍将简要介绍一下促使给出这个设计的原因，并解释为何没有现成的电路可用来完成此项工作。
我们这里采用综合技术来开发器件网络，以提供一个证明对许多运放应用都有益的稳定电路。
技术背景：在实际应用中，惠斯通电桥的一个常见应用就是压力测量。
如图 5.1所示，随着所加压力变化，很多这种压力传感器都具有明显的二阶非线性特性。
图5.1 典型实际传感器输出比所加压力图字（上、下）：室温下电桥输出与压力关系、理想传感器、实际传感器；坐标轴字： X轴：压力、Y轴：Vexc=1V时的电桥输出（V/V或Vbridge）除了随所加压力变化而产生的非线性外，许多压力传感器随温度变化在偏移量和范围上也有非线性特性。
用来校正这些误差的一种现代解决方法是在压力传感器中内置电子电路，然后将电子电路与压力传感器作为一个模块，随着温度的变化进行数字校准。
一种适用于此类用途的IC是由德州仪器公司提供的Burr-Brown产品PGA309（如图 5.2所示）。
此输出电压已经过数字校准的传感器，其信号调整IC包含有一个模拟传感器线性化电路，该电路将输出电压的一部分反馈至传感器的电压激励引脚，从而以20:1的改良比例对二阶非线性进行线性化。
因此，V EXC引脚将随传感器所加压力的变化而对其电压进行调整。
此电路的一个局限就是其传感器激励引脚V EXC，在工作温度范围内限制在5mA最大输出电流上。
运算放大器的稳定性4―环路稳定性主要技巧与经验
运算放大器的稳定性4―环路稳定性主要技巧与经验运算放大器的稳定性第4部分（共15部分）：环路稳定性主要技巧与经验作者：Tim Green，TI公司本系列的第4部分着重讨论了环路稳定性的主要技巧与经验。
首先，我们将讨论45度相位及环路增益带宽准则，考察了在Aol 曲线与1/β曲线以及环路增益曲线Aolβ中的极点与零点之间的互相转化关系。
我们还将讨论用于环路增益稳定性分析的频率“十倍频程准则”。
这些十倍频程准则将被用于1/β、Aol及Aolβ曲线。
我们将给出运放输入网络ZI与反馈网络ZF的幅度“十倍频程准则”。
我们将开发一种用于在1/β曲线上绘制双反馈路径的技术，并将解释为何在使用双反馈路径时应该避免出现“BIG NOT”这种特殊情况。
最后，我们将给出一种便于使用的实际稳定性测试方法。
在本系列的第5部分中，这些关键工具的综合使用使我们能够系统而方便地稳定一个带有复杂反馈电路的实际运放应用。
环路增益带宽准则已确立的环路稳定性标准要求在fcl处相移必须小于180度，fcl是环路增益降为零时的频率。
在fcl处的相移与整个180度相移之间的差定义为相位余量。
图4.0详细给出了建议用于实际电路的经验，亦即在整个环路增益带宽（f≤fcl）中设计得到135度的相移（对应于45度的相位余量）。
这是考虑到，在实际电路中存在着功率上升、下降及瞬态情况，在这些情况下，运放在Aol曲线上的改变可能会导致瞬态振荡。
而这种情况在功率运放电路中是特别不希望看到的。
由于存在寄生电容与印制板布局寄生效应，因此这种经验还考虑在环路增益带宽中用额外的相位余量来考虑实际电路中的附加相移的。
此外，当环路增益带宽中相位余量小于45度时，即可能在闭环传输函数中导致不必要的尖峰。
相位余量越低及越靠近fcl，则闭环尖峰就会越明显。
180135-135oFrequency90(Hz)450-45Loop Stability Criteria:<-180 degree phase shift at fcl -135 degree phase shift at all frequencies <fcl Why?: Because Aolis not always “Typical” Power-up, Power-down,Power-trans ient ?Undefined “Typical”Aol Allows for phase shift due to real world Layout & Component Parasitics图4.0：环路增益带宽准则图字（上下、左右）：Aolβ（环路增益）相位曲线、-135°“相移”、频率(Hz)、45°“相位余量”环路稳定性标准：在fcl处相移< -180度θ设计目的：在所有< fcl的频率上，都有相移≤-135度原因：因为Aol（开环增益）并不总是“典型”，考虑到实际电路布局与器件的寄生效应，存在着功率上升、下降及暂态现象→这些是未定义的“典型”Aol。
集成运算放大器的应用实验报告
集成运算放大器的应用实验报告集成运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子器件，广泛应用于各个领域，包括电子通信、仪器仪表、控制系统等。
本文将介绍集成运算放大器的基本原理和应用实验报告。
一、集成运算放大器的基本原理集成运算放大器是一种高增益、差分输入、单端输出的电子放大器。
它由多个晶体管、电阻和电容器等器件组成，以实现放大、滤波、反相和非反相等功能。
集成运算放大器的输入阻抗高、输出阻抗低，具有较大的开环增益和较宽的频率响应范围。
集成运算放大器的基本原理是负反馈。
通过将输出信号与输入信号进行比较，并将差值放大反馈给输入端，从而实现对输入信号的放大和控制。
这种负反馈使得集成运算放大器具有稳定性、线性度高的特点。
二、集成运算放大器的应用实验报告为了深入了解集成运算放大器的应用，我们进行了一系列实验。
以下是其中几个实验的报告：实验一：非反相放大器我们首先搭建了一个非反相放大器电路。
该电路由一个集成运算放大器、两个电阻和一个输入信号源组成。
通过调节电阻的阻值，我们可以改变电路的放大倍数。
实验结果表明，当输入信号为正弦波时，输出信号也为正弦波，但幅值比输入信号大。
这验证了非反相放大器的放大功能。
实验二：反相放大器接下来，我们搭建了一个反相放大器电路。
该电路同样由一个集成运算放大器、两个电阻和一个输入信号源组成。
与非反相放大器不同的是，输入信号通过电阻接到集成运算放大器的反向输入端。
实验结果显示，输出信号与输入信号相比，幅值变大且相位相反。
这证明了反相放大器的放大和反相功能。
实验三：低通滤波器我们进一步设计了一个低通滤波器电路。
该电路由一个集成运算放大器、一个电容和一个电阻组成。
输入信号通过电容接到集成运算放大器的反向输入端，输出信号从集成运算放大器的输出端取出。
实验结果显示，该电路能够滤除高频信号，只保留低频信号。
这说明了低通滤波器的滤波功能。
实验四：积分器最后，我们设计了一个积分器电路。
运算放大器的稳定性(01)
运放稳定性第1部分（共15部分）：环路稳定性基础作者：Tim Green ，TI 公司Burr-Brown 产品战略发展经理1.0 引言本系列所采用的所有技术都将“以实例来定义”，而不管它在其他应用中能否用普通公式来表达。
为便于进行稳定性分析，我们在工具箱中使用了多种工具，包括数据资料信息、技巧、经验、SPICE 仿真以及真实世界测试等，都将用来加快我们的稳定运放电路设计。
尽管很多技术都适用于电压反馈运放，但上述这些工具尤其适用于统一增益带宽小于20MHz 的电压反馈运放。
选择增益带宽小于20MHz 的原因是，随着运放带宽的增加，电路中的其他一些主要因素会形成回路，如印制板 (PCB) 上的寄生电容、电容中的寄生电感以及电阻中的寄生电容与电感等。
我们下面介绍的大多数经验与技术并非仅仅是理论上的，而且是从利用增益带宽小于20MHz 的运放、实际设计并构建真实世界电路中得来的。
本系列的第1部分回顾了进行稳定性分析所需的一些基本知识，并定义了将在整个系列中使用的一些术语。
9Data Sheet Info 9Tricks 9Rules-Of-Thumb 9Tina SPICE Simulation9TestingGoal:EASILY Tricks & Rules-Of-Thumb apply for Voltage FeedbackOp Amps, Unity Gain Bandwidth <20MHzTo learn how to analyze and design Op Amp circuits for guaranteed Loop Stability using Data Sheet Info, Tricks, Rules-Of-Thumb, Tina SPICE Simulation, and Testing.Note:图1.0 稳定性分析工具箱图字（上、下）：数据资料信息、技巧、经验、Tina SPICE 仿真、测试；目的：学习如何用数据资料信息、技巧、经验法则、Tina SPICE 仿真及测试来“更容易地”分析和设计运放，以确保环路稳定性；注：用于统一增益带宽小于20MHz 的电压反馈运放的技巧与经验法则。
运算放大器的实验报告
运算放大器的实验报告运算放大器的实验报告引言：运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子器件，广泛应用于电路设计和信号处理中。
本实验旨在通过实际搭建电路和测量数据，深入了解运算放大器的原理和特性，并验证其在电路设计中的应用。
一、实验目的本实验的主要目的有以下几个方面：1. 理解运算放大器的基本工作原理；2. 掌握运算放大器的输入输出特性；3. 熟悉常见的运算放大器电路应用。
二、实验仪器和材料1. 运算放大器芯片；2. 电阻、电容等基本电子元件；3. 示波器、函数信号发生器等实验设备。
三、实验步骤1. 搭建基本的运算放大器电路，包括反馈电阻、输入电阻等；2. 连接示波器和函数信号发生器，调节函数信号发生器的频率和振幅；3. 测量运算放大器的输入电压和输出电压，并记录数据；4. 分析实验数据，绘制输入输出特性曲线和增益曲线。
四、实验结果与分析通过实验测量得到的数据，我们可以得出以下结论：1. 运算放大器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，能够有效放大输入信号；2. 在线性范围内，运算放大器输出电压与输入电压成正比，增益稳定；3. 当输入信号超出运算放大器的工作范围时，输出电压将出现失真。
五、实验应用运算放大器在电路设计中有广泛的应用，以下是几个常见的例子：1. 比较器：利用运算放大器的输入特性，可以将其作为比较器使用，用于判断两个电压的大小关系；2. 滤波器：通过调整运算放大器的反馈电阻和电容，可以搭建低通、高通、带通等滤波器电路；3. 信号放大器：将运算放大器作为信号放大器使用，可以放大微弱信号，提高信号质量。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了运算放大器的原理和特性，掌握了运算放大器的基本应用。
实验结果表明，在电路设计中，运算放大器是一种非常重要且常用的器件，能够实现信号放大、滤波、比较等功能。
然而，我们也要注意运算放大器的工作范围和输入输出特性，避免出现失真和不稳定的情况。
运算放大器的稳定性3―输出阻抗
¾ RO is constant over the Op Amp’s bandwidth ¾ RO is defined as the Op Amp’s Open Loop Output Resistance ¾ RO is measured at IOUT = 0 Amps, f = 1MHz
1) β = VFB / VOUT = [VOUT (RI / {RF + RI})]/VOUT = RI / (RF + RI) 2) ROUT = VOUT / IOUT 3) VO = -VE Aol 4) VE = VOUT [RI / (RF + RI)]
5) VOUT = VO + IOUTRO 6) VOUT = -VEAol + IOUTRO Substitute 3) into 5) for VO 7) VOUT = -VOUT [RI/(RF + RI)] Aol+ IOUTRO Substitute 4) into 6) for VE 8) VOUT + VOUT [RI/(RF + RI)] Aol = IOUTRO Rearrange 7) to get VOUT terms on left 9) VOUT = IOUTRO / {1+[RIAol/(RF+RI)]} Divide in 8) to get VOUT on left 10) ROUT = VOUT/IOUT =[ IOUTRO / {1+[RIAol / (RF+RI)]} ] / IOUT
运算放大器的稳定性(六)：电容性负载稳定性——RISO、高增益及CF、噪声增益
运算放大器稳定性第 6 部分（共 15 部分）电容性负载稳定性：R ISO 、高增益及 CF 、噪声增益作者：Tim Green ，德州仪器本系列的第六部分是新《电气工程》杂志 (Electrical Engineering ) 中“保持容性负载稳定的六种方法”栏目的开篇。
这六种方法是 R ISO 、高增益及 CF 、噪声增益、噪声增益及 CF 、输出引脚补偿 (Output Pin Compensation )，以及具有双通道反馈的 R ISO 。
本部分将侧重于讨论保持运算放大器输出端容性负载稳定性的前三种方法。
第 7 和第 8 部分将详细探讨其余三种方法。
我们将采用稳定性分析工具套件中大家都非常熟悉的工具来分析每种方法，并使用一阶分析法来进行描述。
该描述方法是：通过 Tina SPICE 环路稳定仿真进行相关确认；通过 Tina SPICE 中的 V OUT ／V IN AC 传递函数分析来进行检验；最后采用 Tina SPICE 进行全面的实际瞬态稳定性测试 (Transient Real World Stability Test)。
在过去长达 23 年中，我们在真实环境以及实际电路情况下进行了大量测算，充分验证了这些方法的有效性。
然而，由于资源的限制，本文所述电路并未进行实际制作，在此仅供读者练习或在自己的特定应用（如分析、合成、仿真、制作以及测试等）中使用。
运算放大器示例与 R O 计算在本部分中，用于稳定性示例的器件将是一种高达 +/40V 的高电压运算放大器 OPA452。
这种“功能强大的运算放大器”通常用于驱动压电致动器 (piezo actuator)，正如您可能已经猜到的那样，该致动器大多为纯容性的。
该放大器的主要参数如图 6.1 所示。
图中未包含小信号 AC 开环输出阻抗 R O 这一关键参数，在驱动容性负载时，该参数对于简化稳定性分析极其重要。
由于参数表中不含该参数，因而我们需要通过测量得出 R O 。
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●Hello,and welcome to the TI Precision Lab supplement for op amp stability.●This lab will walk through detailed calculations,SPICE simulations,and real-worldmeasurements that greatly help to reinforce the concepts established in the stability video series.●你好，欢迎来到TI Precision Labs（德州仪器高精度实验室）的运放稳定性环节。
●这个实验会包括计算，SPICE仿真和实际测试。
这些环节帮助大家对视频中的概念加深理解。
●The detailed calculation portion of this lab can be done by hand,but calculationtools such as MathCAD or Excel can help greatly.●The simulation exercises can be performed in any SPICE simulator,since TexasInstruments provides generic SPICE models of the op amps used in this lab.However,the simulations are most conveniently done in TINA-TI,which is a free SPICE simulator available from the Texas Instruments website.TINA simulation schematics are embedded in the presentation.●Finally,the real-world measurements are made using a printed circuit board,orPCB,provided by Texas Instruments.If you have access to standard lab equipment,you can make the necessary measurements with any oscilloscope, function generator,Bode plotter,and±15V power supply.However,we highly recommend the VirtualBench from National Instruments.The VirtualBench is an all-in-one test equipment solution which connects to a computer over USB or Wi-Fi and provides power supply rails,analog signal generator and oscilloscope channels,and a5½digit multimeter for convenient and accurate measurements.This lab is optimized for use with the VirtualBench.●本实验的计算可以通过實際計算，如果使用Mathcad或者Excel这样工具会更好。
●仿真环节可以使用任何SPICE仿真器，因为在本实验中提供的是德州仪器提供通用的运放的SPICE的模型。
用TINA-TI实施这些仿真是最方便的。
TINA 是免费的SPICE仿真器，可以从TI的网站上下载。
TINA仿真原理图会附在PPT中。
●最后，真实的测试会使用TI提供的印刷电路板。
如果你有标准的实验设备，可以用示波器，波形发生器，波特仪和±15V电源来进行测试。
我们推荐使用国家仪器的虚拟仪器。
这套虚拟仪器是一套多功能集成设备，可以通过USB或者WIFI与电脑连接。
这台仪器提供电源，信号发生器，示波器和5位半的万用表，方便进行精确测试。
本实验因搭配使用虛擬儀器而優化電路量測。
●In experiment1,we’ll determine the phase margin,and therefore the stability,ofa buffer circuit which is being used to drive a large capacitive load.We’lldetermine the phase margin by observing the transient overshoot as well as the AC transfer characteristic.●在实验1，我们会决定带大电容负载的缓冲电路的相位裕度和稳定性。
我们也会通过观察瞬态的过冲和AC传输特性来确定稳定性。
●First,calculate the phase margin and percentage overshoot for the circuit shownhere,using the techniques and equations given in the stability e the plots given on the next slide.●首先，使用稳定性章节中的公式和方法来计算这里所示电路的相位裕度和过冲量。
图形会在下一页给出。
●This circuit uses the OPA277.In order to perform the calculations,you need toknow the percent overshoot versus load capacitance for that device,shown on the top left.Then,use the plot on the right to determine the phase margin from that percentage overshoot.●Enter your answers in the table at the bottom of the slide.The solutions arealready provided to allow you to check your work.●这个电路使用OPA277，为了计算过冲及相位裕度，你必须知道这颗元件过冲程度和容性负载的关系，如左上图所示。
再使用右图来确定相位裕度和过冲的关系。
●你可以在ppt下面的表格中输入你的答案。
这个可以用来检验你的结果。
●The next step is to run a SPICE simulation analysis for the transientovershoot.The necessary TINA-TI simulation schematic is embedded in this slide set–simply double-click the icon to open it.To run the analysis,click Analysis Transient,and run the analysis from100us to250us.The input is a20mVpk, 10kHz square wave.●下一步是进行SPICE的暂态过冲仿真。
TINA的仿真电路图附在ppt中，双击图标即可打开。
仿真步骤如下：点Analysis Transient。
仿真时间从100us 到250us。
输入信号为20mVpk，10kHz方波●You should see a result similar to e the simulated percentage overshootof40%to calculate the phase margin,which comes out to31degrees.●你可以通过仿真得到和上图相似的结果。
仿真得到的40%的过冲可以换算成31度的相位裕度。
●Next,run a SPICE simulation analysis for the AC transfer characteristic.This willallow us to see the op amp’s AC peaking,which is another indicator of phase margin.●Use the same TINA-TI simulation schematic as before.To run the analysis,clickAnalysis AC Analysis AC Transfer Characteristic.Run the analysis from10kHz to10MHz.●接下来，进行AC传递函数的SPICE仿真分析。
这可以让我观察运放的AC起翘（peaking）,这是表征相位裕度的另一个指标。
●使用和之前一樣的TINA的原理图。
点击click Analysis AC AnalysisAC Transfer Characteristic进行仿真。
仿真频率从10kHz到10MHz●You should see a result similar to this.The6.7dB of simulated AC peaking resultsin a phase margin of approximately27degrees.●你可以看到一个相似的仿真结果。
仿真得到的6.7dB AC起翘得到27度的相位裕度。
●Make sure to disable the DC power supply before setting up the test PCB!In theVirtualBench software,click the power button in the DC Power Supply area to turn off the power.Check the front panel of the VirtualBench unit to make sure the LEDs are OFF!Also ensure that the function generator is OFF.●測試電路之前,請先確定直流電源是關閉的.在虛擬儀器軟體中,點擊電源按鈕關閉電源,觀察前面板的發光二極體是關閉的已確定電源關閉.訊號產生器也必須是關閉的.●To prepare the test board for the measurement,install the jumpers and deviceson circuit5as shown here.Install JMP17,JMP18,JMP19,JMP20,JMP48,and JMP50,as well as the OPA277in socket U7.●为了准备测试用的测试板，按图所示安装电路5的跳针和器件。