高速高增益运算放大器的设计及应用
2008 年 4 月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS April， 2008 文章编号：1007-0249 (2008) 02-0031-05
高速高增益运算放大器的设计及应用*
朱颖，何乐年，严晓浪
（浙江大学超大规模集成电路设计研究所，浙江杭州 310027）
??ǖ本文设计了一种高速高增益放大器，该放大器通过增加全差分的共源共栅电路作为辅助放大器来提高运放增益，并采用频率补偿和钳位管相结合的技术改善运放的频响特性，使得运放在通频带范围内类似于单极点运放，大大减少了运放的转换时间。采用SMIC的0.35μm工艺模型进行仿真，结果表明，运放的直流增益达到110dB，带宽266MHz（负载电容C load=1pF），相位裕度55°，只需10ns即可达到0.1%的稳定精度，因而是一种有效的高速高精度运放的实现途径。
???ǖ运算放大器；高增益；高速
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1 引言
随着数模混和电路应用的发展，对模拟电路的速度和精度提出了越来越高的要求。模拟电路的速度和精度与运算放大器的性能有关，为了得到更快的速度和更高的精度，要求运算放大器具有更宽的单位增益带宽和更高的直流电压增益。
本文设计的运放用于光电鼠标芯片中的A/D变换的采样放大级。整体设计要求采样放大器的采样速率为12~40MHz，直流电压增益100dB。它的输入信号是CMOS图像传感器经双差分采样后的输出信号，幅度为±0.4V，经过开关电容电路构成的精确放大两倍的电路后，输出信号幅度为±0.8V。
以上是本文提出的对运放的速度和精度的要求。在通常的情况下，两级运算放大器在实现高精度的同时无法实现高速度[1]，共源共栅结构的运放在实现高速的同时无法实现高精度[1]。常规的高增益运算放大器可以实现很高的精度[1]，但是零极点对的存在严重影响了运放的稳定性和速度。为了同时满足速度和精度的要求，本文提出了一种改进的套筒型增益提高运算放大器，该运放采用频率补偿和钳位管相结合的技术改善运放的频响特性，减少运放的转换时间。另外为了达到加大输出摆幅的目的，还增加了一级增益接近于1的线性输入/输出特性电路。仿真表明，运放的直流增益达到110dB，带宽266MHz（负载电容C load=1pF），相位裕度55°，只需10ns即可达到0.1%的稳定精度，完全满足光电鼠标芯片采样放大级的要求。
2 电路结构
增益提高运算放大器使用折叠式共源共栅电路作为其辅助放大器，其实质就是通过反馈增加输出阻抗，从而达到增加增益的目的。增益提高放大器的常规电路图如图1(a)所示，改进电路图如图1(b)所示。常规的增益提高运算放大器的稳定性和转换时间常常受到零极点对的影响。如果零极点对所对应的频率小于闭环运放的主极点，需要的转换时间便大大延长。
为了加快转换时间，在辅助放大器的输出端增加了补偿电容，使得零点和极点尽可能地接近甚至对消。频率补偿后运放所表现的转换特性接近于单极点运放的转换特性，大大加快了运放的转换时间，具体将在3.1和3.2.1中论述。
对于折叠式共源共栅电路来说，针对其特点，在辅助放大器输出端增加了一对栅漏短接的NMOS 管，它们只在辅助放大器输出端的差值大于V th时导通，起钳位作用并加快了运放的转换速率。而且
* ????ǖ2005-01-25 ????：2005-07-03
只在大信号时工作，小信号时不起作用，因此对运放的精度不会造成影响，具体将在3.2.2中论述。
另外为了加大输出摆幅，增加了一级增益接近于1的线性输入/输出特性电路，通过降低高增益运放输入端的共模电平来达到这个目的，具体将在3.4中论述。
3 设计及改进
3.1 运放增益及补偿
增益提高运放通过负反馈提高输出阻抗从而提高运放增益，简化图如图2所示。输出阻抗：
add o m out A r r g R 0212= （1） 其中，A add 表示辅助运放的直流增益。可以看出，输出电阻提高了A add 倍。
同理，增益提高运放的直流电压增益：
out m add o m m dc R g A r r g g A 102121== （2） 也提高了A add 倍。
辅助运放的存在使得运放增加了一对很接近的零极点对，它们位于辅助运放的单位带宽增益（add ω）附近[2]。假设零极点对所对应的频率（PZ ω）高于闭环运放的主极点（t βω），其中t β是负反馈系数，t ω是开环运放的单位增益带宽，即：
t add βωω> （3） 则零极点对的存在对运放的频响特性没有影响[3]。另外，从图2可知，M 2的源极是主运放的次主极点（2P ω）[2]，M 2的栅极即辅助运放的输出端是辅助运放的主极点。出于稳定性考虑，辅助运放的单位增益带宽需小于主运放的次主极点，即： 2P add ωω< （4）
结合式（3）和（4）给出辅助运放单位增益带宽的稳定工作范围：
2P add t ωωβω<< （5）
图3给出图1(a)所示高增益运放和主运放（共源共栅运放）的增益和带宽的比较，其中可见零极点对的存在。
图 2 共源共栅级
中增益的提高
图3 高增益运放和共源共栅主运放增益和相位的比较图
(a) 常规高增益运放 (b) 改进后的高增益运放
图1 常规高增益运放和改进后的高增益运放
第2期 朱颖等：高速高增益运算放大器的设计及应用 33
运放稳定工作要求零极点对满足方程（5）
，如果不满足，那么为了消除或者减弱零极点对的影响，必须对运放进行补偿。其中比较简便的方法就是在辅助运放输出端增加补偿电容，如图1(b)所示。增加补偿电容的目的就是使零点和极点尽可能的接近甚至对消。
仿真表明补偿电容值为50fF 时补偿效果
最佳，图4给出了补偿前和补偿后的增益和带宽的波特图，可以看出，补偿后零极点效应已基本消除。本仿真基于高增益运放，不包含线性输入/输出电路。 3.2 建立时间
3.2.1 补偿电容对建立时间的影响
如图9所示，运放的反馈系数为1/3，相当于增益为2的反相放大器，该运放包含了线性输入输出电路，等效的电容负载约为1pF 。
理论上说，当V in 2稳定在共模电压1.65V ，V in 1从2.1V 跳变到1.2V 时，V out 1从1.2V 跳变到2.1V ，而相应的V out 2从2.1V 跳变到1.2V 。差分输出
V out 1-V out 2就从-0.9V 跳变到+0.9V 。也就是说，单端输入从2.1V 跳变到1.2V 时，差分输出应该有一个1.8V 的跳变，本文中为了绘图方便，将差分输出-0.9V 处平移至零点。图5给出了补偿前和补偿后的差分输出，补偿后输出特性明显好于补偿前的输出特性。由于零极点对的存在，补偿前运放的阶跃响应出现了小的减幅震荡现象。补偿后减弱甚至消除了零极点对的影响，运放的频响特性接近于单极点运放，建立时间大大减少。从图5中可得，补偿后，只需9ns 即可得到1%的精度，12.2ns 时就可以得到1.79912V 的值（如图5中所示），也就是说12.2ns 时，精度达到0.1%，转换速率达到200V/μs ，完全满足原先的设定。
3.2.2 钳位管对建立时间的影响
当运放输入端输入为大信号时，辅助放大器中可能存在需要很长时间才能回复到稳定态的晶体管。为了减轻这个问题，增加了两个钳位管，具体分析以
A ddp 为例。A ddp 是双端输出的折叠式共源共栅放大器。如图6所示（表示正阶跃时电路的等效电路）。如果I p >I add ，则差分输出的转换速率等于I add /C 。如果I p
仿真对有无钳位管的运放进行比较。同 3.2.1所述，单端输入0.9V 的跳变，t =10ns 时，带钳位管的运放差分输出跳变到1.798V ，无钳位管的运放差分输出跳变到1.796V 。表明带钳位管的运放具有更小的建立时间，结果更加稳定。输入差分值越大，带钳位管运放的优点越明显。 3.3 电容共模负反馈
高性能的运放放大器都需要共模反馈电路。用它来稳定微小失调引起运放工作点的偏移。因为电阻检测输出共模电压会限制运放的输出摆幅，降低运放的输出阻抗[4]
，所以采用电容共模反馈避免这
图4 补偿前和补偿后的增益和相位的波特图
图 5 补偿前和补偿
后的时间响应
34 电路与系统学报 第13卷
两个缺点，如图7所示。其中V ref 表示运放理想的共模输出电平（这里是1.65V ），V bias 1是运放尾电流源M 10在理想共模状态下的栅压值，V out 1和V out 2是运放实际的输出电压，V cm 是实际加到运放电流源M 10的栅压值。
工作原理如下：S 1和S 2由两相互不交叠的时钟构成。当S 1闭合，S 2打开，C 1端保存C 1（V ref -V bias 1）的电荷，当S 2闭合，S 1打开，电荷在C 1和4C 1之间进行重新分配。计算可得：
1212)(bias ref out out cm V -V /V V V ++= （6）
由此可以看出，如果V out 1和V out 2的共模值发生变化，大于理想的共模值V ref ，则V cm 增大，把V out 1和V out 2拉低，直到V out 1和V out 2重新处于V ref 回到平衡状态。相反，如果V out 1和V ou t2的共模值小于理想值，则V cm 减小，V out 1和V out 2增大，直至输出共模电平重新稳定在V ref 。其实质就是运用负反馈，改变运放尾电流的栅压值，
达到稳定运放输出共模电平，稳定工作点的目的。 3.4 线性输入/输出特性的电路
如图8所示，v b 1~v b 3指的是偏置电压，电压增益：
3,4
1,2
)/()/(L W L W A v = （7）
其目的是通过降低高增益运放输入端的共模电平来增大输出摆幅，满足输出摆幅±0.8V 的设计要求。下表对有无线性输入/输出电路
的高增益运放进行对比分析。结果表明，带线性输入/输出电路的高增益运放增益略有提高，带宽大大加大，相位裕度减少，功耗增大。
总的来说，除了功耗略有增加外，线性输入/输出电路大大改善了运放高速高精度性能。
4 应用
如图9所示，V in 1和V in 2是被采样信号，V dc 表示共模输入电平，由带隙电压源提供（这里是1.65V ）。考虑一个时钟周期内电路的工作情况，当S 1和S 2闭合，S 3和S 4打开，运放处于采样状态同时泄放掉上一个时钟周期内存储在电容C 上的电荷。当S 3和S 4打开，S 1和S 2闭合，运放处于放大状态，V out 1和V out 2输出差值就为)(221in in -V V ，准确的说211in in out -V V V =，
122in in out -V V V =，达到了放大两倍的功能。为了实现精确放大功能，保证
S 2先于S 1断开，S 4先于S 3闭合，使其电荷注入最小，达到性能最大化。图10给出了差分输入信号幅值0.4V ，频率625kHz 的正弦输入信号时，V out 1和V out 2的输出波形图。在光电鼠标芯片中，运放的输入信号是CMOS 图像传感器经双差分采样后的输出信号，这个信号是一个基本恒定的值，仿真表明采样速率12MHz ，差分输入信号0.4V 时，差分输出0.799744，达到了0.032%的稳定精度。
5 结束语
本文提出了一种改进的增益提高放大器结构，通过增加一级增益接近于1的线性输入/输出特性电路以达到加大输出摆幅的目的，并采用频率补偿和钳位管相结合的技术改善运放的频响特性，使得运放在通频带范围内类似于单极点运放，大大减少了运放的转换时间。采用SMIC 的0.35μm 的工艺模
图8 具有线性输入/输
出特性的电路图
表1 有无线性输入/输出电路
的高增益运放参数对比
线性输入 /输出电路
无
有
增益 103dB 110dB 带宽 124MHz 266MHz 相位裕度 86.6° 55° 功耗 2.76mW 3.1mW
图10 采样放大电路图
第2期朱颖等：高速高增益运算放大器的设计及应用 35 型进行仿真，结果表明，运放的直流增益达到110dB，带宽266MHz（负载电容1pF
C），相位裕度
=
load
55°，只需10ns即可达到0.1%的稳定精度，因而完全满足光电鼠标芯片中采样放大级的设计要求。
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B.Design of Analog CMOS Integrated Circuits [M]. Boston: McGraw-Hill,INC,2002.
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????ǖ???浙江大学超大规模集成电路设计研究所硕士研究生，研究方向：数模混合集成电路设计；????浙江大学超大规模集成电路设计研究所教授、博士生导师，研究方向：半导体器件与模拟集成电路设计；????浙江大学超大规模集成电路设计研究所所长，教授，博士生导师。
High-speed and high-gain operational amplifier
ZHU Ying, HE Le-nian, YAN Xiao-lang
( Institute of VLSI Design, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China )
Abstract: A high-speed and high-gain operational amplifier is presented in this paper. The op-amp design achieves gain improvements through the addition of two auxiliary op-amps using fully differential common source common gate circuits. In addition, frequency response characteristics are improved through the use of frequency compensation capacitors and clamp transistors, yielding transient frequency response performances that closely matches the response of single-pole op-amp and the added benefit of much faster settling time. Simulations with SMIC's 0.35μm process model shows the new op-amp's DC gain is higher than 110dB with a bandwidth of 266MHz (1~pF load), and 55° phase margin. The op-amp only needs 10ns to achieve 0.1% settling accuracy. It is a practical high-speed and high-precision op-amp design.
Key words: operational amplifier; high-gain; high-speed
(续第134页) ( from page 134 )
A de-embedding RF measurement technique
HUANG Cheng, YE Rong-fang
( Southeast University, Electronic Engineering Department, Nanjing 210096, China )
Abstract: De-embedding is one of the precision RF and microwave measurements. A novel de-embedding technique is presented in this paper. This method is unique in that one single symmetric THRU de-embedding structure is required. A 0603 inductor is measured and the extrinsic model of this device is extracted using this method. The results indicate this new technique is useful in RF PCB devices measurement and modeling.
Key words: fixture; de-embedding; two ports network; S parameters
可变增益放大器
电 子 设 计 竞 赛 题目：可变增益放大器学院：自动化工程学院班级：08级自动化二班学号：200840604055 姓名：杨嘉伟 时间：2010年11月16日
设计任务 一、题目 设计制作一个增益可变的交流放大器。 二、要求 1．基本部分 （1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz； （2）可以随机对当前增益进行保持，保持时间为5s，保持完后继续巡回状态； （3）对指定的任意一种增益进行选择和保持（保持时间为5s），保持完后返回巡回状态； （4）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍； 2．发挥部分 （1）对于不同的输入信号自动变换增益： a．输入信号峰值为0—1V，增益为3； b．输入信号峰值为1—2V，增益为2； c．输入信号峰值为2—3V，增益为1； d．输入信号峰值为3V以上，增益为0.5； （2）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。 基础部分 一、设计方案及组成框图 分析设计要求，确定大致思路如下： ①这个电路可以采用反相比例放大器实现对输入信号进行放大。A u=-R f/R 控制反相比例放大电路的反馈电阻实现放大器增益的变换, 即控制R f的阻值。输出信号经过反相跟随器，使输入信号与放大信号同相。 ②想实现R f的自动变换，需的使用模拟开关进行控制。而要想实现电路的自动切换，需要使用多谐振荡器输出脉冲进行控制。 ③要想对一种增益进行选择和保持，需要用一个单稳态触发器来实现电路这一功能。 ④想随机和任意地对一种增益选择和保持，需要用到触发式单刀双掷开关以及逻辑与、逻辑或构成逻辑电路对其进行控制。 ⑤最后该电路主要部分，则通过计数器计数来控制模拟开关。另外想实现
运算放大器应用设计的技巧总结
运算放大器应用设计的几个技巧 一、如何实现微弱信号放大？ 传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？张世龙指出，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。他表示，需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。 另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充，如网友“1sword”建议： 1)电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。 2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。 3)对于传感器输出的nA?级，选择输入电流pA?级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。 4)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通电路，抑制50Hz干扰。 二、运算放大器的偏置设置 在双电源运放在接成单电源电路时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，张世龙没有特别指出用何种方式，只是强调双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR比较低。 三、如何解决运算放大器的零漂问题？ 有网友指出，一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题？ 对此，网友“Frank”分析道，有几种可能性会导致零漂：1)反馈电容ESR特性不好，随电荷量的变化而变化；2)反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点；3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。 网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析，认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑！ 而嘉宾张世龙则建议，对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决： 1)采用开关电容电路的技巧，使用CDS采样方式可以有效消除offset电压；2)采用同步检测电路结构，可以有效消除offset电压。
可变增益放大器的研究
长江大学 毕业设计开题报告 题目名称：可变增益放大器的研究院系：物理与光电学院 专业班级：应用物理11103班 学生姓名： 指导教师：李林 辅导教师：李林 开题报告日期：2015年4月2日
可变增益放大器的研究 学生：王双全物理与光电工程学院 导师：李林物理与光电工程学院 一.题目来源 题目来源于老师的科研项目 二.研究目的和意义 在大自然的空气中由于存在着各种不可预测的非理想因素，从而导致通信系统传输过程中的信号会有较大的变化，导致天线从外部接受的信号的强弱会有不同（绝大多数信号被衰减了）。而且传输信道的非线性因素的存在使得信号衰减，同时信道中的噪声也会对信号的传输有影响，导致信号的强度时大时小。信号强度的大小差别有时会很大，甚至会有几十个分贝。信号强度最大值和最小值的差值范围称为接收机的动态范围，为了使接受到的信号尽可能的可靠，自动增益控制电路（Automatic Gain Control，简称AGC）通常都是接收机系统中必不可少的。AGC 的作用是当输入信号的幅度值偏低时，AGC 会选择较大的增益使其输出的幅度值限定在一个需要的范围，同样当输入信号的幅度值偏高时，AGC 会选择较小的增益使其输出的幅度值限定在一个需要的范围，也就是说对于幅度值不固定的输入信号，AGC 可以保证输出幅度值在一定范围内，基本一致。性能优良的AGC 会把输出幅度值控制在下级ADC 最需要的输入信号动态范围内。而AGC 系统中最重要的部分就是可变增益放大器（Variable Gain Amplifier，简称VGA）。AGC 主要是由反馈控制器和控制对象（VGA）两部分组成，其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器构成的。而其控制着VGA 使得输出信号的幅度基本恒定不变。可变增益放大器不断的发展带动了AGC 的发展，使得AGC 在许多的测控设备、智能设备等领域的应用也越来越广泛。可变增益放大器的增益改变方式主要有连续变
一种增益可控的射频宽带放大器设计
一种增益可控的射频宽带放大器设计 射频宽带放大器是各类电子仪器与仪表里很常用、很重要的一个單元电路。为此，论述了一款增益可控的射频宽带放大器的设计选型的过程，给出了参数的计算过程和选型是要考虑的技术指标和功能。因此结论对模拟放大电路的设计具有一定的参考价值。 标签：射频；宽带放大器；参数计算；选型要求 doi：10.19311/https://www.360docs.net/doc/5e16452903.html,ki.16723198.2017.09.088 1理论计算 1.1设计要求 根据用户对高频、大信号的放大要求，课题研究小组进过分析和研究，得出下列的具体设计参数： （1）被设计的放大器的电压增益A V≥52dB，增益可控52dB，输入信号电压的有效值Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为50欧姆，负载电阻50欧姆，且输出电压有效值V o≥2V，波形无明显失真； （2）在50MHz～160MHz频率范围内增益波动不大于2dB； （3）-3dB的通频带不窄于40MHz～200MHz，即fL≤40MHz和fH≥200MHz； （4）电压增益A V≥52dB，当输入信号频率f≤20MHz或输入信号频率f≥270MHz时，实测电压增益A V均不大于20dB； （5）放大器采用+12V单电源供电，所需其它电源电压自行转换。 通过对上述设计要求的分析可知，此课题对宽带放大器的参数选型提出了很高的要求，诸如：压摆率、增益带宽积、最大输出功率、高频高输出摆幅等都要进行严格的计算。只有做到科学计算，才能为正确的集成放大器选型打下坚实的基础，为后续设计提供科学保障。 1.2放大器的参数计算 （1）最小增益需要达到52dB（400倍），带宽200MHz，系统增益带宽积高达8*109MHz（*此处应注意多级放大和增益分配*）； （2）输入电压有效值最大5mv，需要做小信号低噪声放大；
基于vca820的压控增益放大器设计
基于vca820的压控增益放大器设计 摘要 对于压控增益放大器的设计，采用可调增益运放，并给出测试数据。关键词：VCA820 增益控制 一、设计要求 （一）设计要求采用压控增益放大（VCA820）。 （二）输入1mv输出1v。 （三）用TINA软件仿真，给出仿真结果，画出原理图。 二、方案设计 设计压控增益放大器有多种方案，本设计采用VCA820作为放大电路的核心部件。 VCA820的增益与控制电压成线性关系，最大带宽能达到150MHz,增益控制围为-20dB到20dB，精度较高。所以选用VCA820作为运放以达到实验的要求。
三、原理分析 电路前级可控增益放大，后级放大电路为OPA695控制的放大电路，VCA820放大电路接入反馈，经过后级放大输出达到设计的要求。系统实现框图如下： 图1 系统结构框图 四、系统硬件设计 （一）VCA820简介 TI公司的VCA820芯片是一款直流耦合、宽带宽线性放大器，通过改变控制电压能够连续改变放大倍数。它提供高阻抗单端转换的差分输入，增益控制一般通过设置增益电阻和反馈电阻从理论上最大值设定到40dB。VCA820的部结构由两个输入缓冲和集成了一个乘法器核的输出电路反馈放大级，该电路提供了一个无须外接缓冲就能有完整可变电压增益系统。最大增益由外部两个电阻设置，这为设计提供了很大灵活性。 VCA820带宽增益放大器，在控制电压作用下，该器件可以提供精确的增益，按Vout/Vin线性变化，基本增益为：Vout/Vin=RfRGVG+RfRG-RdR1,其中VG是控制电压输入，电压基本增益为（V/V），调节VG可实现对数增
高速高增益运算放大器的设计及应用
2008 年 4 月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS April， 2008 文章编号：1007-0249 (2008) 02-0031-05 高速高增益运算放大器的设计及应用* 朱颖，何乐年，严晓浪 （浙江大学超大规模集成电路设计研究所，浙江杭州 310027） ??ǖ本文设计了一种高速高增益放大器，该放大器通过增加全差分的共源共栅电路作为辅助放大器来提高运放增益，并采用频率补偿和钳位管相结合的技术改善运放的频响特性，使得运放在通频带范围内类似于单极点运放，大大减少了运放的转换时间。采用SMIC的0.35μm工艺模型进行仿真，结果表明，运放的直流增益达到110dB，带宽266MHz（负载电容C load=1pF），相位裕度55°，只需10ns即可达到0.1%的稳定精度，因而是一种有效的高速高精度运放的实现途径。 ???ǖ运算放大器；高增益；高速 ?????ǖTN401 ?????ǖA 1 引言 随着数模混和电路应用的发展，对模拟电路的速度和精度提出了越来越高的要求。模拟电路的速度和精度与运算放大器的性能有关，为了得到更快的速度和更高的精度，要求运算放大器具有更宽的单位增益带宽和更高的直流电压增益。 本文设计的运放用于光电鼠标芯片中的A/D变换的采样放大级。整体设计要求采样放大器的采样速率为12~40MHz，直流电压增益100dB。它的输入信号是CMOS图像传感器经双差分采样后的输出信号，幅度为±0.4V，经过开关电容电路构成的精确放大两倍的电路后，输出信号幅度为±0.8V。 以上是本文提出的对运放的速度和精度的要求。在通常的情况下，两级运算放大器在实现高精度的同时无法实现高速度[1]，共源共栅结构的运放在实现高速的同时无法实现高精度[1]。常规的高增益运算放大器可以实现很高的精度[1]，但是零极点对的存在严重影响了运放的稳定性和速度。为了同时满足速度和精度的要求，本文提出了一种改进的套筒型增益提高运算放大器，该运放采用频率补偿和钳位管相结合的技术改善运放的频响特性，减少运放的转换时间。另外为了达到加大输出摆幅的目的，还增加了一级增益接近于1的线性输入/输出特性电路。仿真表明，运放的直流增益达到110dB，带宽266MHz（负载电容C load=1pF），相位裕度55°，只需10ns即可达到0.1%的稳定精度，完全满足光电鼠标芯片采样放大级的要求。 2 电路结构 增益提高运算放大器使用折叠式共源共栅电路作为其辅助放大器，其实质就是通过反馈增加输出阻抗，从而达到增加增益的目的。增益提高放大器的常规电路图如图1(a)所示，改进电路图如图1(b)所示。常规的增益提高运算放大器的稳定性和转换时间常常受到零极点对的影响。如果零极点对所对应的频率小于闭环运放的主极点，需要的转换时间便大大延长。 为了加快转换时间，在辅助放大器的输出端增加了补偿电容，使得零点和极点尽可能地接近甚至对消。频率补偿后运放所表现的转换特性接近于单极点运放的转换特性，大大加快了运放的转换时间，具体将在3.1和3.2.1中论述。 对于折叠式共源共栅电路来说，针对其特点，在辅助放大器输出端增加了一对栅漏短接的NMOS 管，它们只在辅助放大器输出端的差值大于V th时导通，起钳位作用并加快了运放的转换速率。而且 * ????ǖ2005-01-25 ????：2005-07-03
增益可调差动放大器的设计(特别版)
说明：这篇课题设计是小酒花生为陈姐特别制作!如果需要可以进行修改，若觉得不是很满意，那么自己可以设计更好的；倘有不妥之处，还请多多指正，谢谢！！！ 增益可调差动放大器的设计与仿真 物理信息学院08电科二班XXX20081030XX 摘要： 本课题设计利用增益可调放大器uA709芯片为设计核心，根据uA709的放大原理，利用公式计算出放大倍数，然后利用专业软件（如ORCAD）模拟和仿真增益可调放大器电路，并测出其电压及电压增益的实际值！ 关键字：UA709LM709CN ORCAD 一﹑课题背景： 近年来随着计算机和互联网的迅速发展和普及，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势。放大器作为集成电路的一种重要的组成部分是国内外研究的热点。目前集成放大器的研究主要集中在多级运放的补偿、宽带高速运放、满足专用放大器的特殊结构和提高通用放大器指标的方法等这几个方向。但是可调增益放大器的研究国外开展较多，国内目前已有少量关于可调增益放大器的研究，主要是基于CMOS工艺的可调增益放大器的设计放大。宽带放大器在光纤通信、电子战设备及微波仪表等方面应用越来越广泛。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪音、工艺稳定等特点。可调增益放大器是一种通过改变电路某一参对量对放大器增益进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等领域。 差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。 基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。 第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。今日的运算放大器，无论是使用晶体管（transistor）或真空管 （vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成电路（integrated circuits） 元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期 的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但 是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利 用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 1960年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为μA709，设计者则是鲍伯?韦勒（Bob Widlar）。但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产741。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。
2016东南大学模电实验1运算放大器的基本应用
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电子电路实验 第 1 次实验 实验名称：运算放大器的基本应用 院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班 姓名：学号： 610142 实验室:实验组别： 同组人员：实验时间：2016年4月10日 评定成绩：审阅教师： 一、实验目的 1.熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法； 2.熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法； 3.了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入 失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（大差模输入电压、大共模输入电压、大输出电流、大电源电压等）的基本概念； 4.熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法；
5.掌握搭接放大器的方法及使用示波器测量输出波形。 二、预习思考 1.查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数 和极限参数，解释参数含义。
2.设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。 其中分压电路由100k?的电位器提供，与之串联的510?电阻起限流的作用。 3.设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。
三、 实验内容 1. 基本要求 内容一： 反相输入比例运算电路各项参数测量实验（预习时，查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义）。 图 1.1 反相输入比例运算电路 LM324 管脚图 1) 图 1.1 中电源电压±15V ，R1=10k Ω，RF=100 k Ω，RL ＝100 k Ω，RP ＝10k//100k Ω。按图连接电路，输入直流信号 Ui 分别为－2V 、－0.5V 、0.5V 、2V ，用万用表测量对应不同 Ui 时的 Uo 值，列表计算 Au 并和理论值相比较。其中 Ui 通过电阻分压电路产生。 Ui/V Uo/V Au 测量值 理论值 -2 13.365 -6.6825 \
运算放大器的参数选择
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A F 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 A F=－ RF RI 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= Avc Avd 共模增益 运算放大器的差模增益， 通常以对数关系表示：Kcmr=20log Avc Avd 共模增益 运算放大器的差模增益共模抑制比一般在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 I IB= 2 1( I IB -＋I IB+)
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 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。 运算放大器一般由4个部分组成，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部分。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 +单独由该端加入时，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。 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。 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，输入信号加入反相输入端: 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 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: 图4 同相比例电路电路图 i 1 f O U R R U -=
运算放大器增益稳定性1-一般系统分析
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。
最新运算放大器设计总结
运算放大器的基本参数 1. 开环电压增益A OL 不带负反馈的状态下，运算放大器对直流信号的放大倍数。电压反馈运算放大器采用电 压输入/电压输出方式工作，其开环增益为无量纲比，所以不需要单位。但是，数值较小时，为方便起见，数据手册会以V/mV或V/ yV代替V/V表示增益，电压增益也可以dB形式表示，换算关系为dB = 20 xiogAVOL。因此，1V/ ^V的开环增益相当于120 dB，以此类推。该参数与频率密切相关，随着频率的增加而减小，相位也会发生偏移。 对于反向比例放大电路，只有当AOL >> R+Rf时，Vo=-Rf/RVi才能够成立。 Frequency (Hz) 2. 单位增益带宽B1 (Gain-Bandwidth Product) 开环电压增益大于等于 1 (OdB )时的那个频率范围，以Hz为单位。它将告诉你将小 信号(?土100mV )送入运放并且不失真的最高频率。在滤波器设计电路中，假定运放滤波器增益为 1V/V，则单位增益带宽大于等于滤波器截止频率f cut-off x 100。 3.共模抑制比CMRR 差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，CMRR=|Ad/Ac|。共模输入电压会影响到 输入差分对的偏置点。由于输入电路内部固有的不匹配，偏置点的改变会引起失调电压改变， 进而引起输出电压改变。其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量，一般来说CMRR= △ Vos/ △ Vcom , TI及越来越多的公司将其定义为CMRR= △ Vcom/ △ Vos。在datasheet中该参数一般为直流参数，随着频率的增加而降低。
CCMMDN-MODE REJECTION RATIO vt. FREQUENCY 4. 输入偏置电流Ibias 输入偏置电流被定义为：运放的输入为规定电位时，流入两个输入端的电流平均值。记为IB。为了运放能正常的工作，运放都需要一定的偏置电流。IB=(IN+IP)/2。 当信号源阻抗很高时，就必须关注输入偏流，因为如果运放有很大的输入偏流，就会对信号源构成负载，因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压，如果信号源阻抗很高，那 么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放，也可以采用降低信号源输出阻抗的方法，就是使用一个缓冲器，然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。 在双级输入级的情况下，可以使用对失调电流进行调零的方法，就是使从两个输入端看到的阻抗相互匹配。在CMOS和JFET输入电路的情况下，一般来说，失调电流不是问题，也没有必要进行阻抗匹配了。 5. 输入失调电流Ios 当运放的输出端置于规定电位时，流入运放两个输入端的电流之差的绝对值。 I OS=|IN-IP| 6. 电源抑制比PSRR 电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压改变量之比的绝对值，单位是dB。对于双电源运放，PSSR= △ V cc士/ △ V os士。PSSR随着频率的增加而下降。开关电源产生的噪声频率从50kHz到500kHz或更高，在这些高频下，PSSR的值几乎为零，所以，电源上的 噪声会引起运放输出端上的噪声，对此必须使用恰当的旁路技术。
增益可控射频放大器
增益可控射频放大器 一、系统方案 1、方案分析与比较 方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。 方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现，高频时频率的稳定性不好，在75MHz~108MHZ增益起伏较大，不能满足要求。 方案3：采用射频放大器AD8321+衰减器HMC472+放大器AD809的形式。第一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dB。考虑到输入信号为高频信号，随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器，衰减器随着频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出幅度稳定。但考虑实际拟合后，增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB~26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具有极低输出噪声电平，上行带宽高达235 MHz(最小增益)，符合题目200MHz要求。 综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与STM32进行串行通信等优点，选用方案3。 2、系统整体设计 根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电路，电压转换电路组成。总体设计框图如图一所示：
图一 二、理论分析与计算 1、射频放大器设计 按照本设计要求，带宽为40MHz~200MHz ，电压增益为52dB 。所以采用AD8321三级级联的方式。8321最大增益为26dB ，理论上总增益=26+26+26=78dB ，符合设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。 2、频带内增益起伏控制 造成通频带内增益起伏的原因有很多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。 3、射频放大器稳定性 由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施： （1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。 （2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB 板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。 （3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电容来滤除高低频噪声。 DC-DC （9V ） DC-DC （5V ） AD8321 AD8321 AD8321 STM32 液晶显示 键盘 直流稳压电源 输入 输出 语音播报 AD809 滤波器 衰减器
运算放大器与有源滤波器(更新)
运算放大器与有源滤波器 一、运算放大器的基本结构 图1-1 运算放大器基本结构 1、差动式输入级：提高共模信号抑制能力，经常采用采用双输入双输出形式。 2、电压放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。 3、输出级：提高输出功率。通常由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组 成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。 二、运算放大器的性能指标： 1、输入偏置电流（Input Bias Current），I IB：是指当输出电压为0时，差动放 大级的两输入静态电流的平均值，也就是指差动放大电路中三级管的基极工作电流，正常情况下运放的输入偏值电流在10nA~1uA之间，通常是由输入电阻和反馈电阻提供，从而限制了运放的输入电阻和反馈电阻的阻值，因此在实际中不能将运放的反馈电阻选择的过大，一般选择K 级。如果要达到pA级，通常前级放大器使用电压型控制器件（FET），这样就可以使用大的输入电阻和反馈电阻。 2、输入失调电流（Input Offset Current），I IO：是指当输出电压为0时，两个 输入端的静态基极电流之差，反映输入级差分对管不对称程度，一般为1nA~0.1uA，在实际应用中一般要求I IO越小越好。 3、输入失调电压（Input Offset Voltage）,V IO：在室温以及标准电源电压下，输
入电压为0时，为了使输出电压也为0，需要在输入段施加的补偿电压，该电压就是输入失调电压，用来表征放大器内部的对称性。在实际中，对高放大倍数的运算放大器进行偏置补偿是十分困难的，原因一：微小的错误调节也会导致过补偿或者欠补偿，导致差动信号进一步被放大；原因二：偏置电压对温度的依赖性比较大，即我们经常说的输入失调电压温漂。 4、输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）αVIO：是指在给定的温 度范围内，输入失调电压的变化与温度变化的比值。该参数实际是输入失调电压的补充，便于计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间，精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃ 5、输入失调电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）：是指在给定的温度范围内，输入失调电流的变化与温度变化的比值。该参数实际是输入失调电流的补充，便于计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小。输入失调电流温漂一般只是在精密运放参数中给出，而且是在用于直流信号处理或是小信号处理时才需要关注。 6、输入阻抗：运算放大器的输入阻抗分为共模输入阻抗和差模输入阻抗。共模输入阻抗是指运放工作在输入信号时（即运放两输入端输入同一个信号），共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下，它表现为共模电阻。差模输入阻抗是指运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容，在低频时仅指输入电阻。在实际看到运放参数仅给出输入电阻（差模输入电阻）参数。 7、输出阻抗：是指运放工作在线性区时，在运放的输出端加信号电压，这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻，通常在资料中看到的是运放的输出电阻，它用来表征运放的带载能力。对于电压型运放来说输出电阻越小带载能力越强，对于电流型运放来说输出电阻越大，带载能力越强。 8、转换速率（Slew Rate）S R：放大器的闭环情况下，输入为最大信号，输出电压对时间比值，用来衡量放大器的响应速度。
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 CMRR K 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 。 ⑷差模输入电阻r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻，一般为M Ω数量级，以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时，把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运放绝大部分接近理想运放。对于理想运放，A od、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小，说明运放的带负载能 力越强。理想集成运放r o趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS、输入偏置电流I B、输入失调电压温漂d UOS/d T 和输入失 调电流温漂d IOS/ d T、最大共模输入电压U Icmax、最大差模输入电压U Idmax 等，可通过器件
增益可调的放大器设计
增益可调的放大器设计 实验目的 熟悉并掌握keil软件和PROTEUS软件的运行环境,学会中断的使用方法,用单片机和数据选择器设计一个增益放大器,并且增益可调, 实验仪器 计算机一台 实验原理 开两个中断,一个中断INTE实现增益正向增大,另一个中断INTF实现增益反向减小.第一个中断运用自加一指令使P2的值从00H一直递加到07H,然后再循环,使数据选择器有八种不同的选择,从而实现增益的正向增大调节..第二个中断运用自减一指令使P2的值从07H 一直递减到00H,然后再循环,使数据选择器有八种不同的选择,从而实现增益的反向减小调节.数据选择器的八个数据端口分别连接八个阻值不同的电阻,通过与反馈电阻阻值的比较来实现增益的放大和减小. 试验程序及解析 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTE ;第一个中断 ORG 0013H LJMP INTF ;第二个中断 ORG 0030H MAIN: MOV A,#00H SETB EA;开总中断开关 SETB EX0 ;第一个中断的中断允许 SETB IT0 ;第一个中断为下降沿触发方式 SETB EX1 ;第二个中断的中断允许 SETB IT1 ;第二个中断为下降沿触发方式 SJMP $ ;等待中断 INTE: ;第一个中断 INC A;A自加一 MOV P2,A;A的值送到P2口 CJNE A,#07H,LWY;A不等于07H,则跳转到LWY,等待下一个中断 MOV A,#00H ;A=07H,则对A重新赋值为00H,实现循环增益 LWY: RETI INTF: ;第二个中断 DEC A;A自减一 MOV P2,A;A的值送到P2口
浅谈程控增益放大器及应用讲解
摘要 本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。 本系统以MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关，数控增益放大器等构成了实用性较强的硬件电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。 本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。 关键词：放大器，多路转换开关，MCS-51单片机
Summary This text design is a distance to control to increase benefit enlarger.Elucidation the distance control structure and function of increase the benefit enlarger and it be main of characteristics.The end enumerated practical electric circuit This system with the MCS-51 list slice machine and it expand, many road conversion switch, number control to increase benefit enlarger etc. constitute the function stronger hardware electric circuit.Enlarger is application the extensive electronics circuit.It of the function carry on importation signal not to lose to really enlarge.At the broadcasting, correspondence, auto control, the electronics measure etc. various electronics equipments in, the enlarger be a constitute of essential to have part.In every variety the electronics circuit for adopt of electronics instrument and equipments, integration operation enlarger is application the most widespread of imitate electronics spare part.Integration the luck put to go together with up the feedback way of the feedback network and adoption dissimilarity of dissimilarity, can constitute function and characteristic be various totally different integration luck turn on electricity sub- electric circuit, brief name luck turn on electricity road.These lucks' turning on electricity road is in various electronics electric circuit of most basically constitute link. This system can realization increase a benefit from the procedure control, can satisfy each item technique index sign, measure accurate, work credibility, function price more Gao. Keyword:Enlarger, many road conversion switch, MCS-51 list slice machine