运算放大器增益稳定性1-一般系统分析
1倍运算放大器电路
1倍运算放大器电路1.引言1.1 概述概述:1倍运算放大器电路是一种电子电路，用于将输入信号放大至相同的输出信号。
它是一种特殊的电路，可以将输入信号放大一倍，并将其输出。
1倍运算放大器电路通常由运算放大器、电阻网络和反馈路径组成。
运算放大器是这个电路中最重要的组件，它能够增大电压信号的幅度，并将其输出给下一级电路。
电阻网络用于确定输入和反馈路径之间的放大倍数，使得输出信号等于输入信号的两倍。
1倍运算放大器电路具有广泛的应用领域。
它可以用于信号放大、滤波和电路调节等方面。
在音频放大器、通信设备和仪器测量中，1倍运算放大器电路常常被用于放大小的输入信号，从而提高信号的强度和清晰度。
1倍运算放大器电路的优势在于其简单性和灵活性。
由于其基本原理简单明了，所以它的设计和实现相对容易。
此外，它的输出信号与输入信号成正比，因此可以轻松进行信号放大和缩小的控制调节。
未来，1倍运算放大器电路可能会在更多的领域得到应用。
随着科技的发展和需求的增长，对于信号放大和调节的需求将会不断增加。
因此，1倍运算放大器电路有望进一步发展和改进，以适应不同领域的要求，并在电子电路设计中扮演重要的角色。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开讨论1倍运算放大器电路的相关内容：1. 引言：首先，我们将对1倍运算放大器电路进行概述，介绍其基本原理和作用。
2. 正文：2.1 什么是1倍运算放大器电路：在这一部分，我们将详细解释1倍运算放大器电路的定义和组成部分，包括不同的器件和元件，并介绍其基本工作原理。
2.2 1倍运算放大器电路的应用领域：在这一部分，我们将探讨1倍运算放大器电路在实际应用中的一些具体领域，如通信、测量和控制等，并举例说明其使用的优势和效果。
3. 结论：3.1 1倍运算放大器电路的优势：在这一部分，我们将总结1倍运算放大器电路的优势和特点，包括其高增益、低失真和稳定性等方面的优势，并分析其在实际应用中的作用。
运算放大器的参数选择
运算放大器的参数指标1. 开环电压增益Avd开环电压增益（差模增益）为运算放大器处于开环状态下，对小于200Hz的交流输入信号的放大倍数，即输出电压与输入差模电压之比。
它一般为104~106，因此它在电路分析时可以认为无穷大。
2. 闭环增益AF闭环增益是运算放大器闭环应用时的电压放大倍数，其大小与放大电路的形式有关，与放大器本身的参数几乎无关，只取决于输入电组和反馈电阻值的大小。
反相比例放大器，其增益为AF=－3. 共模增益Avc和共模抑制比当两个输入端同时加上频率小于200Hz的电压信号Vic时，在理想情况下，其输出电压应为零。
但由于实际上内部电路失配而输出电压不为零。
此时输出电压和输入电压之比成为共模增益Avc。
共模抑制比Kcmr=，通常以对数关系表示：Kcmr=20log共模抑制比一般在80~120Db范围内，它是衡量放大器对共模信号抑制能力高低的重要指标。
这不仅是因为许多应用电路中要求抑制输入信号中夹带的共模干扰，而且因为信号从同相端输入时，其两个输入端将出现较大的共模信号而产生较大的运算误差。
4. 输入失调电压在常温（25℃）下当输入电压为零时，其输出电压不为零。
此时将其折算到输入端的电压称为输入失调电压。
它一般为±（0.2~15）mV。
这就是说，要使放大器输出电压为零，就必须在输入端加上能抵消Vio的差值输入电压。
5. 输入偏置电流在常温（25℃）下输入信号为零（两个输入端均接地）时，两个输入端的基极偏置电流的平均值称为输入偏置电流，即IIB=( IIB -＋ IIB+)它一般在10nA~1uA的范围内，随温度的升高而下降，是反映放大器动态输入电阻大小的重要参数。
6. 输入失调电流IIO输入失调电流可表示为IIO=︱IIB -－IIB+∣在双极晶体管输入级运算放大器中，IIO约为（0.2~0.1）IIB -或（0.2~0.1）IIB+。
当IIO流过信号源内阻时，产生输入失调电压。
运放 正负输入 同相放大电路-概述说明以及解释
运放正负输入同相放大电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分主要介绍本文将要讨论的主题，即运放正负输入同相放大电路。
运放（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的电路设计中。
正负输入放大电路是运放电路中最基本的一种电路结构，也是常见的放大电路之一。
正负输入放大电路的特点是具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益和良好的线性度。
在正负输入放大电路中，运放的正输入端和负输入端分别连接外部信号源和反馈电阻，通过这种方式实现对输入信号的放大。
同相放大电路是指正输入端和负输入端通过反馈电阻连接，具有相同的放大倍数。
本文将从运放的基本原理和正负输入放大电路的工作原理两个方面进行详细的介绍。
首先介绍运放的基本原理，包括运放的基本构成和工作原理。
然后，详细讨论正负输入放大电路的工作原理，包括放大电路的输入输出特性和性能指标。
同时，还将探讨正负输入放大电路的应用领域和展望。
通过本文的学习，读者将能够全面了解运放正负输入同相放大电路的特点和工作原理，为实际电路设计和应用提供参考。
同时，对于进一步扩展运放电路的设计和应用领域也将有所启发。
文章结构部分的内容如下：文章结构如下所示：第1章引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的第2章正文2.1 运放的基本原理2.2 正负输入放大电路的工作原理第3章结论3.1 总结运放正负输入同相放大电路的特点3.2 对运放正负输入同相放大电路的应用展望本文共分为三个章节，其中引言部分主要介绍本文的背景和目的，正文部分详细阐述了运放的基本原理和正负输入放大电路的工作原理。
结论部分对运放正负输入同相放大电路的特点进行总结，并展望了其在实际应用中的潜力。
通过这样的章节划分，读者可以更加清晰地了解文章的结构和内容。
1.3 目的本文旨在探讨运放正负输入同相放大电路的工作原理和特点，以及对它的应用展望。
首先，我们将介绍运放（运算放大器）的基本原理，包括其输入电压和输出电压之间的关系，并解释其放大和反相放大功能。
电路中的运算放大器有哪些特点和应用
电路中的运算放大器有哪些特点和应用运算放大器是电路中应用广泛的一种电子器件，它具有许多特点和应用。
本文将介绍运算放大器的特点，并探讨其在电路中的各种应用。
一、特点1. 高增益：运算放大器的主要特点之一是具有较高的电压增益。
它能够将输入信号增加到一个较高的水平，以便于后续的处理和分析。
2. 宽频带宽：运算放大器的频带宽度较宽，能够处理较高频率的信号。
这使得它在许多应用中都能够提供精确和有效的放大功能。
3. 低噪声：运算放大器通常具有较低的噪声水平，这使得它在信号处理中非常有用。
低噪声的特性使得运算放大器能够提供更清晰和准确的信号放大。
4. 高输入阻抗和低输出阻抗：运算放大器的输入阻抗很高，可以减小对输入信号源的负载，保持传输信号的完整性。
同时，输出阻抗较低，能够驱动负载电路。
5. 可调节增益和偏置：运算放大器通常具有可调节的增益和偏置特性，这使得它在不同应用场景下能够灵活应对和满足需求。
二、应用1. 信号放大和滤波：运算放大器广泛应用于信号放大和滤波电路中。
通过调节放大器的增益和频率响应，可以实现对信号的放大和滤波功能，使得信号的频率范围和振幅得到控制和优化。
2. 模拟计算：运算放大器也常用于模拟计算电路中。
其高增益和精确性能使其成为模拟电路中一种重要的元器件，例如用于模拟加法、乘法、积分和微分等运算。
3. 电压比较和开关：运算放大器的高增益和灵敏度使其非常适合于电压比较和开关电路的应用。
通过将运算放大器配置为比较器或开关，可以实现对电压信号的比较和控制。
4. 反馈控制系统：运算放大器在反馈控制系统中起着至关重要的作用。
通过引入适当的反馈电路，可以实现对电路稳定性、增益和响应速度的控制。
5. 传感器信号处理：运算放大器还广泛应用于传感器信号处理中。
传感器常常输出微弱的信号，而运算放大器能够对这些信号进行放大和处理，以提高信号的灵敏度和稳定性。
6. 精密测量仪器：运算放大器也被广泛应用于精密测量仪器中。
运算放大器参数详解
运算放⼤器参数详解运算放⼤器参数详解技术2010-12-19 22:05:36 阅读80 评论0 字号：⼤中⼩订阅运算放⼤器（常简称为“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”，此名称⼀直延续⾄今。
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，如今绝⼤部分的运放是以单⽚的形式存在。
现今运放的种类繁多，⼴泛应⽤于⼏乎所有的⾏业当中。
历史直流放⼤电路在⼯业技术领域中，特别是在⼀些测量仪器和⾃动化控制系统中应⽤⾮常⼴泛。
如在⼀些⾃动控制系统中，⾸先要把被控制的⾮电量（如温度、转速、压⼒、流量、照度等）⽤传感器转换为电信号，再与给定量⽐较，得到⼀个微弱的偏差信号。
因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不⾜以推动显⽰或者执⾏机构，所以需要把这个偏差信号放⼤到需要的程度，再去推动执⾏机构或送到仪表中去显⽰，从⽽达到⾃动控制和测量的⽬的。
因为被放⼤的信号多数变化⽐较缓慢的直流信号，分析交流信号放⼤的放⼤器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放⼤。
能够有效地放⼤缓慢变化的直流信号的最常⽤的器件是运算放⼤器。
运算放⼤器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘除⽐例微分积分等）单元，是模拟电⼦计算机的基本组成部件，由真空电⼦管组成。
⽬前所⽤的运算放⼤器，是把多个晶体管组成的直接耦合的具有⾼放⼤倍数的电路，集成在⼀块微⼩的硅⽚上。
第⼀块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的µA741，在60年代后期⼴泛流⾏。
直到今天µA741仍然是各⼤学电⼦⼯程系中讲解运放原理的典型教材。
原理运放如上图有两个输⼊端a,b和⼀个输出端o.也称为倒向输⼊端(反相输⼊端),⾮倒向输⼊端(同相输⼊端)和输出端.当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点.)之间,且其实际⽅向从a 端指向公共端时,输出电压U实际⽅向则⾃公共端指向o端,即两者的⽅向正好相反.当输⼊电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际⽅向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b 端分别⽤"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考⽅向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或⽤箭头表⽰.反转放⼤器和⾮反转放⼤器如下图：⼀般可将运放简单地视为：具有⼀个信号输出端⼝（Out）和同相、反相两个⾼阻抗输⼊端的⾼增益直接耦合电压放⼤单元，因此可采⽤运放制作同相、反相及差分放⼤器。
集成运算放大器全篇
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
简单的集成电路运算放大器
第21讲6.3 简单的集成电路运算放大器主要内容:本节主要介绍了集成电路运算放大器。
基本要求：了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。
教学要点：1．集成电路运算放大器的组成集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。
（1）输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。
（2）.电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成（3）.输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。
（4）偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等2．简单的运算放大器简单运算放大器的原理电路如图所示。
（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。
（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。
（3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压v id=v i1-v i2为零时，输出电压v O=0的目的。
（4）R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。
（5）电路符号：由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端1和同相输入端2）,与一个输出端3。
在运算放大器的代表符号中，反相输入端用"-"号表示，同相输入端用"+"表示。
器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。
（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压v i1从反相输入端输入时（v i2=0），如v i1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：v C2（+）→v O2（–）→v B6（–）→v O（–）则输出信号电压v o 与v i1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入v i2(v i1=0)时，可以检验，输出电压v o与v i2同相。
运算放大器参数的测量分析
运算放大器参数的测量分析
赵会勤;董泽芳
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】2022(39)4
【摘要】基于运算放大器是差分输入,单端输出的高增益放大器,阐述在高精度的模拟电路中,快速创建有效的测试电路,从而精确测量其性能参数。
【总页数】2页(P10-11)
【作者】赵会勤;董泽芳
【作者单位】南京微盟电子有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.77;TN407
【相关文献】
1.基于FPGA的运算放大器参数测量系统设计
2.基于DDS与MCU的运算放大器参数测量系统设计
3.运算放大器参数误差分析及设计应用
4.运算放大器参数测量系统的设计与仿真
5.运算放大器特性参数偏差对控制系统稳定性的影响分析
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Operational Amplifier Stability
TINA-TI应用实例：运算放大器的稳定性分析原创：TI美国应用工程经理：Tim Green译注：TI中国大学计划黄争Frank Huang负反馈电路在运算放大器的应用中起着非常重要的作用，它可以改善运放的许多特性，比如稳定增益，减小失真，扩展频带，阻抗变换等。
但是任何事情都有两面性，同样地，负反馈的引入也有可能会使得运放电路不稳定。
不稳定轻则可能带来时域上的过冲，而最坏情况就是振荡，即输出中产生预料之外的持续振幅和频率信号。
当不期望的振荡发生时，通常会给电路带来许多负面影响：一个最明显的例子是，当恒压源通过运放缓冲后送到ADC的参考电压端，如果运放发生振荡，会给整个电路的测量结果带来完全不可靠的数据。
本章中主要分析了电压反馈型运算放大器不稳定的原因；给出了使用伯特图来分析运放稳定性的方法；最后结合TINA-TI SPICE仿真软件，通过一个实例介绍了分析和解决运算放大器稳定性问题的方法。
关于TINA-TI与运放稳定性的更深入讨论可以参考TI公司线性产品应用经理Tim Green先生所撰写的《Operational Amplifier Stability》一文[1]。
这里也感谢Tim Green先生对本文提供的大量原始资料和技术指导。
5.1 运算放大器为什么会不稳定？要分析和解决运放的稳定性问题，首先要清楚为什么运算放大器会不稳定。
我们还是先从负反馈电路谈起，以同相放大器的方框图为例来推导反馈系统的一系列方程，如图5.1。
同时为更形象地描述运算放大器中的负反馈，绘制一个与图5.1等效的同相放大器如图5.2，注意β等系数在两图中的对应关系。
图5.1 负反馈框图图5.2 同相放大器中的负反馈在这个负反馈电路中，有三个重要的部件：1. 一个增益模块，其增益为a ，他接受差值信号d v ，并产生输出信号o v ，即o d v av =。
当这个增益模块为一运算放大器时，a 就是该运放的开环增益ol A 。
运算放大器输出一直波动
运算放大器输出一直波动
运算放大器是一种电子设备，它可以将输入信号放大到更大的幅度，并输出给其他电路。
然而，有时候运算放大器的输出会出现波动，这给电子设备的正常工作带来了困扰。
当运算放大器输出一直波动时，可能有几个原因。
首先，可能是电源电压不稳定。
如果电源电压不稳定，那么运算放大器的输出信号也会受到影响，导致波动。
解决这个问题的方法是使用稳定的电源电压，或者添加电压稳压器来保持电压的稳定性。
可能是运算放大器的输入信号不稳定。
如果输入信号不稳定，那么输出信号也会随之波动。
要解决这个问题，可以使用滤波器来去除输入信号中的噪声，或者使用更稳定的信号源。
运算放大器本身的性能也会影响输出的稳定性。
如果运算放大器的增益不稳定，或者存在漂移现象，那么输出信号也会波动。
为了解决这个问题，可以选择性能更好的运算放大器，或者进行校准和调整。
温度变化也可能导致运算放大器输出的波动。
当温度变化时，运算放大器的性能可能会受到影响，从而导致输出信号波动。
解决这个问题的方法是使用温度补偿电路或者采取隔离措施，以保持运算放大器的稳定性。
当运算放大器输出一直波动时，我们可以通过保持稳定的电源电压、
稳定的输入信号、选择性能更好的运算放大器以及采取温度补偿措施来解决这个问题。
只有确保运算放大器的稳定性和性能，我们才能保证电子设备的正常工作。
自动控制原理实验典型系统地时域响应和稳定性分析报告
系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：典型系统的时域响应和稳定性分析实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：一、目的要求1．研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn) 对过渡过程的影响。
2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。
3．熟悉 Routh 判据，用 Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、实验设备PC机一台，TD—ACC教学实验系统一套三、实验原理及内容1．典型的二阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图 1.2-1 所示。
图1.2-2(2) 对应的模拟电路图：如图 1.2-2 所示。
图1.2-2系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：(3) 理论分析系统开环传递函数为：；开环增益：(4) 实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻 R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。
在此实验中(图 1.2-2)，系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率：2．典型的三阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图 1.2-3 所示。
系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：图 1.2-3(2)模拟电路图：如图 1.2-4 所示。
图 1.2-4(3)理论分析：系统的特征方程为:(4)实验内容：实验前由 Routh 判断得 Routh 行列式为：系别：机电工程学院专业：课程名称：自动控制原理实验班级：姓名：学号：组别：实验名称：实验时间：学生成绩：教师签名：批改时间：为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有五、实验步骤1．将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设臵了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。
直流调速控制系统的分析及仿真
当电流负反馈环节起主导作用时的自动调节过程如图7-1-8所示。
7.1.4系统的性能分析
代入图7-1-5中，由图可见，它是一个二阶系统，已知 二阶系统总是稳定的。但若考虑到晶闸管有延迟，晶 闸管整流装置的传递函数便为
相反。
5.电流截止负反馈环节
当 时，（亦即 ），则二极管VD截止，电流截止负反馈不起作用。当 时，（亦即 ），则二极管VD导通， [此处略去二极管的死区电压]，电流截止负反馈环节起作用，它将使整流输出电压 下降，使整流电流下降到允许最大电流。 的数值称为截止电流，以 表示。调节电位器RP3即可整定 ，亦即整定 的数值。一般取 〔 为额定电流〕。 由于电流截止负反馈环节在正常工作状况下不起作用，所以系统框图上可以省去。
在图7-1-1中，主电路中串联了一个阻值很小的取样电阻
(零点几欧)。电阻
上的电压
与
成正比。比 较阈值电压
是由一个辅助电源经电位器RP3提供的。电 流反馈信号(
图7-1-7调速系统的“挖土机”机械特性
当电流负反馈环节起主导作用时的自动调节过程如图7-1-8所示。 机械特性很陡下垂还意味着，堵转时(或起动时)电流不是很大。 这是因为在堵转时，虽然转速n=0，反电动势E＝0，但由于电流 截止负反馈的作用，使
大大下降，从而
不致过大。此时 电流称为堵转电流
⑥ 晶闸管整流电路的调节特性为输出的 平均电压
与触发电路的控制电压
之间的关系，即
图7-1-4为晶闸管整流装置的调节特性。
由图可见，它既有死区，又会饱和。 （当全导通以后，
再增加， 也不会再 上升了），且低压段还有弯曲段。面对 这非线性特性，常用的办法是讲它“看 作”一条直线，即处理成
为
第8章 集成运算放大器
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
两个输入端电位相等，好像短接在一起一样，但并非真的短路，所以称为虚短路， 简称“虚短”。 由理想运放电路可知
两个输入端之间输入电阻无穷大，好像断路一样，但并非真的断路，所以称为虚断 路，简称“虚断”。 当集成运放工作在非线性区时，由集成运放的电压传输特性可知
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
3. 集成运放的电路符号与外形
集成运放的图形符号如图8-2所示，是国际标准符号。三角形表示放大器，三角形 所指方向为信号传输方向，Ao为“∞”时表示开环增益极高。它有两个输入端和一 个输出端。同相输入端标“+”（或P），表示输出端信号与该端输入信号同相；反 相输入端“-”（或N），表示输出端信号与该端输入信号反相。输出端的“+”表示 输出电压为正。
2. 集成运放的电压传输特性 如图8-4所示为表示输出与输入电压关系的特性曲线，称为电压传输特性。
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
当集放输大成入倍运电数放压A工o很u作i在大在A，线、所性B之以区间线时时性，，区输集很入成窄电运。压放要与工使输作集出在成电线运压性放有区在关，较系在大AA的o=、u输uBoi 。入之由电外于压时集下处成于也运非能放工线电作性压区在。 线性区，必须在电路中引入深度负反馈。 集成运放工作在非线性区时，输出只有两种饱和状态±UoM。电压饱和值±UoM略 低于正负电源电压。
3. 理想运算放大器的条件
在分析集成运放的应用电路时，为了简化电路分析，常将集成运放理想化。理想化 的条件是：
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
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。
第七章系统设计概述(7-1)
s
n
t sωc
6 t gγ
上式表明了 t s 、ωc和之间的关系。 确定以后，t s、 ωc也是反比关系，两种分析结果完全一致。
11
2、高阶系统 对于高阶系统，开环频域与时域指标之间难以找到 准确的关系式。为了说明开环频域指标与时域指标的 近似关系，介绍如下两个经验公式：
p 0.16 0.4(
3
2．从校正装置自身有无放大能力来看，可分为： 无源校正装置: 自身无放大能力，通常由RC网络组成，在信号传 递中，会产生幅值衰减,且输入阻抗低，输出阻抗高， 常需要引入附加的放大器，补偿幅值衰减和进行阻 抗匹配。 无源串联校正装置通常被安置在前向通道中能量 较低的部位上（参见书最后附表） 。 有源校正装置： 常由运算放大器和RC网络共同组成，该装置自身 具有能量放大与补偿能力，且易于进行阻抗匹配， 所以使用范围与无源校正装置相比要广泛得多。
17
（2）高阶系统 工程上常用经验公式
Mr 1 sin
35
≤ ≤
90
Kπ ts (s) ωc
p =0.16+0.4(M -1)
r
(1 Mr 1.8)
式中 K=2+1.5(Mr -1)+2.5(Mr -1)2
(1 Mr 1.8)
18
§ 7－ 3
L() dB
频率域中的无源串联校正
5
数学 模型 性能
时
域
频
域
微分方程—数学求解
频率特性—频率法 （开环 Bode 图为例）
稳定性
运动方程的特征根具有负实部， 频率特性的相位裕量γ >0、 增益裕量 K g >0，则系统稳定。 则系统稳定。
高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器技术研究
高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器技术研究一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展，高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器在诸多领域，如通信、医疗、测量和控制系统等，扮演着越来越重要的角色。
这些应用对于运算放大器的性能要求日益提高，不仅需要高精度的放大能力，还要求具备宽带宽的响应特性。
因此，研究CMOS全差分运算放大器的技术，特别是针对高精度、宽带宽的要求，具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的设计技术，分析其关键性能指标，研究其电路结构和工作原理，并探讨其在实际应用中的优化策略。
我们将介绍CMOS全差分运算放大器的基本原理和关键技术指标，如增益、带宽、失真度等。
然后，我们将详细分析高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的电路结构和设计方法，包括差分输入级、增益级、输出级等关键部分的设计考虑。
接着，我们将讨论在实际应用中如何优化这些关键部分，以提高运算放大器的整体性能。
我们将通过实验验证本文提出的设计方法和优化策略的有效性，为高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的实际应用提供参考。
通过本文的研究，我们期望能够为高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的设计提供理论支持和实践指导，推动其在相关领域的应用和发展。
二、CMOS全差分运算放大器的基本原理CMOS全差分运算放大器（Fully Differential CMOS Operational Amplifier, FDCOA）是集成电路设计中的一个关键组件，其基本原理基于差分信号处理和CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的优势。
这种运算放大器采用差分输入和差分输出，以减小共模噪声和失真，提高信号的信噪比和线性度。
在FDCOA中，两个完全对称的输入级分别接收正、负输入信号，它们的输出通过中间级和输出级进行差分放大。
这种结构能够显著抑制偶次谐波失真和共模噪声，使得电路在宽带宽范围内具有高精度和低失真特性。
运算放大器常见参数解析
运放常见参数总结1.输入阻抗和输出阻抗（Input Impedance And Output Impedance）一、输入阻抗输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。
在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。
你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。
对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。
因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。
另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配问题二、输出阻抗无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。
输出阻抗就是一个信号源的内阻。
本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。
输出阻抗在电路设计最特别需要注意但现实中的电压源，则不能做到这一点。
我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。
这个跟理想电压源串联的电阻r，就是（信号源/放大器输出/电源）的内阻了。
当这个电压源给负载供电时，就会有电流I从这个负载上流过，并在这个电阻上产生I×r的电压降。
这将导致电源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率（关于为什么会限制最大输出功率，请看后面的“阻抗匹配”一问）。
同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的三、阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。
阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。
我们先从直流电压源驱动一个负载入手。
由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。
最简单讲解运算放大器的工作原理
最简单讲解运算放大器的工作原理运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
最基本的运算放大器如图1-1。
一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
开环回路运算放大器如图1-2。
当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：Vout = ( V+ -V-) * Aog其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loop differential gai由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。
因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。
闭环负反馈将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。
理想运算放大器的基本概念
理想运算放大器的基本概念理想运算放大器（Ideal Operational Amplifier，简称为IOA）是一种理论上的电路模型，它是一种理想的电子放大器，能够在不同的电压电流条件下将电信号增大、滤波、求导、积分等处理，被广泛应用于模拟电路分析、控制系统设计、信号处理等方面。
本文将介绍理想运算放大器的基本概念，包括其特点、主要参数、应用场景和局限性等方面。
一、特点理想运算放大器有许多特点，包括：1. 增益无穷大：理想运算放大器的增益是无限大的，即输出电压可以无限制地放大。
这使得IOA成为一种非常有用的电路元件，可以用来实现大量的电子电路设计，从而满足各种需求。
2. 输入阻抗无穷大：理想运算放大器的输入电阻是无限大的，即输入电流可以忽略不计。
这意味着，理想运算放大器可以被看作是一个纯粹的电压控制器，能够输入电压并输出电压，而不会对输入信号产生任何负载效应。
3. 输出阻抗为零：理想运算放大器的输出电阻是接近于零的，可以看作是理想电压源。
这意味着输出电路可以给到非常大的负载，输出电压仍然能够得到很好的保持。
4. 无死区：理想运算放大器没有死区，通过它的电压可以控制运算放大器输出。
换句话说，输入电压的变化将会直接影响输出电压。
5. 无偏置电流：理想运算放大器没有偏置电流，因此，可以精确地采集输入电压信号，避免信号失真和噪声污染等问题。
二、主要参数理想运算放大器有多个参数，其中最重要的是：1. 增益（Gain）：理想运算放大器的增益是无穷大的，即输出电压与输入电压比值是无限大。
2. 带宽（Bandwidth）：理想运算放大器的带宽是无限大的，它可以放大任何频率的信号。
3. 输入阻抗（Input impedance）：理想运算放大器的输入电阻是无穷大的，可以被看作是一个开路电路。
4. 输出阻抗（Output impedance）：理想运算放大器的输出电阻是接近于零的，可以被看作是一个短路电路。
5. 输入偏置电流（Input bias current）：理想运算放大器没有输入偏置电流。
LDO稳定性分析
(1)提高误差放大器的增益；(2)提高基准电压的精度；(3)匹配反馈电阻；(4)在不增加过多成本的前提下适当增加器件尺寸或采用共源共栅结构。
§2.2 负载瞬态响应分析随着各类低压、大负载、高速数字电路的高速发展，我们所设计的LDO 也需要适应客户的应用需要，响应速度更加快速化。
对于数字应用的环境，由于数字电路开关转换，供电的电源就会经常发生负载阶跃变化，负载的快速变化会使稳压器输出产生一个瞬态脉冲，这对大部分数字电路来说是较难接受的，因此降低LDO 线性稳压器的负载瞬态响应脉冲，提高瞬态响应速度是非常重要的和关键的。
图2.1给出了LDO 负载瞬态响应的典型波形图[6]。
表征瞬态响应时间的为Δt 1和Δt 3,Δt 2和Δt 4则表征建立时间。
Δt 1表示为： sr pass sr I V C t ∆+=+≈∆c1c11BW 1BW 1t (2-7) 其中，BW cl 为系统的闭环带宽，C pass 为传输管的栅极寄生电容，t sr 和I sr 分别为传输管栅极驱动信号的压摆时间和压摆限制电流，ΔV 为输出电压变化值。
Δt 3同样反比于系统的闭环带宽，但它不受压摆电流的限制。
为了减小Δt 1和Δt 3，需要增加系统的带宽和驱动栅极的压摆电流。
建立时间Δt 2由开环频率响应的相位裕度决定，Δt 4由反馈电阻的电流决定。
当输出负载阶跃变化时，传统稳压器输出会产生上冲和下冲，该上冲和下冲一方面可以代表负载瞬态响应的速度，同时直接影响输出电压的精度。
当输出电流从0跳变到最大输出电流I O(MAX)，那么输出最大下降脉冲值ΔV TR ：ESR MAX O OUTMAX O ESR OUT MAX O TR R I t C I V t C I V )(1)(1)(+∆=∆+∆=∆ (2-8) 由式(2-8)可以看出，影响下冲的因素主要是输出电容值、最大负载电流值、瞬态响应的时间和输出电容的等效串联电阻值。
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运算放大器增益稳定性
第 1 部分：一般系统分析
作者：Miroslav Oljaca，德州仪器(TI) 高级应用工程师和Henry Surtihadi，模拟设计工程师
稳态正弦波分析和Bode 图
在讨论本文的主题以前，我们最好简要回顾一下正弦频率分析和Bode 图的概念。
在本系列文章中将不断用到这两个概念。
通过测定其正弦输入信号响应来描述某个电路的方法一般较为有用。
通过求和各种频率的正弦信号，傅里叶分析可用于重构任何周期信号。
因此，电路设计人员可以通过描述其宽频率范围正弦激励响应，收集电路对各种输入信号响应的相关信息。
某个线性电路由具体频率的正弦输入信号驱动时，该输出信号也为相同频率的正弦信号。
正弦波形的复合图可用于将输入信号表示为：
V1(t) =V1 x e j(ωt+φ1),
而输出信号可表示为：
V2(t)= V2 x e j(ωt+φ2)
V1和V2分别为输入和输出信号的振幅；φ1 和φ2 分别为输入和输出信号的相位。
输出信号与输入信号的比为传输函数，即H(jω)。
在正弦稳态分析中，传输函数可以表示为：
H( jω) =｜H( jω)｜×e jφ(ω)(１)
其中｜H( jω)｜为传输函数的振幅，而φ 为相位。
两个均为频率的函数。
描述传输函数的振幅和相位如何随频率变化的一种方法是将它们绘制成图。
传输函数的振幅和相位图被称作“ Bode 图”。
Bode 图的振幅部分将方程式 2 给出的表达式以线性标尺绘制成图：
｜H( jω)｜dB= 20 log10｜H( jω)｜（2）
Bode 图的相位部分将方程式3 给出的表达式绘制成图（同样为线性标尺）：
φ = H( jω)
∠（3）
沿对数频率轴，绘制振幅和相位图。
将传输函数的振幅而非线性振幅的对数值绘制成图，其好处是能够使用近似线来近似传输函数。
这些近似线可在无需使用方程式 2 来计算准确振幅的情况下快速地绘制，同时仍然可以使用相当的精确度来表示传输函数的振幅。
例如，一阶（单极）传输函数，
其中ω0为系统的角截止频率。
方程式 4 传输函数的分贝振幅可以通过方程式 5 描述为：
传输函数H(jω) 为角频率ω 的复函数。
要计算该振幅，需要使用函数的真实和虚构部分：
方程式 6 表明在低于ω0 的某个频率下，该振幅接近 1 V/V 或者0 dB。
在ω=ω0 频率下，该振幅降到1/√2= 0.707，即大约–3 dB。
该频率以上，振幅以–20 dB/10 速率滚降。
传输函数的真实和虚构部分可用于计算相位响应：
类似地，频率低于ω0 时，相位为0°。
频率ω = ω0 时，相位为–45°。
最后，频率高于ω0 时，相位在–90° 呈平衡状态。
图 1 显示了刚刚描述的一阶传输函数的Bode 图。
请注意，使用两条近似线简化传输函数的振幅图。
在两条近似线交叉处，简化振幅曲线偏离实际振幅约3dB。
在低于或高于ω0 的一些频率下，误差可以忽略不计。
图 1 单极传输函数的Bode 图
推导非反相和反相传输函数
为了简单起见，本文中的反馈网络均显示为电阻网络。
但是，使用复合反馈网络代替这些电阻时，此处的分析也同样有效。
图 2 描述了一款典型的非反相运算放大器结构。
放大器的闭环增益由两个电阻设定：反馈电阻R F和输入电阻R I。
反馈给反馈点的输出电压量V OUT由参数β 表示。
反馈点为运算放大器的反相输入。
如前所述，β 网络是一种简单的电阻反馈网络。
由图 2 可得，β 可定义如下：
图 2 典型的反馈非反相运算放大器电路
图 3 显示了图 2 所示电路的控制环路模型。
参数A OL为运算放大器的开环增益，所有运算放大器产品说明书中都指定了这一参数。
图 3 的控制环路模型可用于将闭环增益表达如下：
假设这一模型为一阶系统，则作为角频率函数的运算放大器开环增益可描述如下：
方程式10 的参数A OL_DC为低频率或DC 电平下运算放大器的开环增益。
运算放大器的主极点由角频率ω0 设定，即f0 =ω0/2π。
图 4 显示了方程式10 的开环增益表达式的Bode 图。
该图使用一些近似曲线来构建简化版实际开环响应。
现在可以通过使用方程式10 代替参数A OL来表示频率域中方程式9 的闭环增益。
经过几个代数步骤，闭环传输函数可以写为：
图 3 非反相运算放大器电路的控制环路模型
A CL(jω) 是角频率ω 的复函数。
我们还记得，要计算该振幅，需要使用与得到方程式 6 时相同的方法，且需用到函数的真实和虚构两部分：
如果用2πf 代替角频率ω，则方程式12 的闭环传输函数可以写为：
图 4 开环增益与典型运算放大器的频率对比
图 5 显示了一个典型的反相运算放大器结构。
与非反相结构分析一样，可以使用简单的电阻网络，其可以使用更复杂的函数来代替。
放大器的闭环增益再次由两个电阻设定：反馈电阻R F，以及输入电阻R I。
反馈至反相输入的输出电压V OUT，再次以β 表示。
在反相结构中，有一个到达反相节点的附加信号，其为输入信号的结果。
这一信号的数量以α 表示。
图 5 典型反馈反相运算放大器电路
就反相运算放大器结构而言，α 定义如下：
而β 由方程式8 定义。
图 6 显示了图 5 所示电路的控制环路模型。
该模型可用于表达电路的闭环增益：
将方程式10 的A OL项代入方程式15 中，得到闭环增益表达式，其依赖于角频率：
如前所述，传输函数A CL( jω) 为角频率ω 的复函数。
要计算该振幅，必须再次用到函数的真实和虚构两个部分：
如果用2πf 代替角频率ω，则方程式17 的闭环传输函数可以改写为：
假设存在一个运算放大器的一阶响应，则非反相和反相增益放大器的完整闭环方程式则分别以方程式13 和方程式18 表示。
图 6 反相运算放大器电路的控制环路模型
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