运算放大器工作原理及误差分析
运算放大器工作原理及误差分析
1．模拟运放的分类及特点
模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。
经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。这使得初学者选用时不知如何是好。为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。
1．1．根据制造工艺分类
根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。
标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80~110dB之间。标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。典型代表是LM324。
在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的
输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在1000M欧姆数量级。典型代表是TL084。
在标准硅工艺中加入了MOS场效应管工艺的运算放大器分为三类，一类是是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为MOS场效应管，比结型场效应管大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。典型开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。典型代表是CA3140。
第二类是采用全MOS场效应管工艺的模拟运算放大器，它大大降低了功耗，但是电源电压降低，功耗大大降低，它的典型开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。
第三类是采用全MOS场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器，采用所谓斩波稳零技术，主要用于改善直流信号的处理精度，输入失调电压可以达到0.01uV，温度漂移指标目前可以达到0.02ppm。在处理直流信号方面接近理想运放特性。它的典型开环输入阻抗在10^12欧姆数量级。典型产品是ICL7650。
1．2．按照功能/性能分类
本分类方法参考了《中国集成电路大全》集成运算放大器。
按照功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放，另外还有一些特殊运放，例如程控运放、电流运放、电压跟随器等等。实际上由于为了满足应用需要，运放种类极多。本文以上述简单分类法为准。
需要说明的是，随着技术的进步，上述分类的门槛一直在变化。例如以前的LM108最初是归入精密运放类，现在只能归入通用运放了。另外，有些运放同时具有低功耗和高输入阻抗，或者与此类似，这样就可能同时归入多个类中。
通用运放实际就是具有最基本功能的最廉价的运放。这类运放用途广泛，使用量最大。
低功耗运放是在通用运放的基础上大降低了功耗，可以用于对功耗有限制的场所，例如手持设备。它具有静态功耗低、工作电压可以低到接近电池电压、在低电压下还能保持良好的电气性能。随着MOS技
术的进步，低功耗运放已经不是个别现象。低功耗运放的静态功耗一般低于1mW。
精密运放是指漂移和噪声非常低、增益和共模抑制比非常高的集成运放，也称作低漂移运放或低噪声运放。这类运放的温度漂移一般低于1uV/摄氏度。由于技术进步的原因，早期的部分运放的失调电压比较高，可能达到1mV；现在精密运放的失调电压可以达到0.1mV；采用斩波稳零技术的精密运放的失调电压可以达到0.005mV。精密运放主要用于对放大处理精度有要求的地方，例如自控仪表等等。
高输入阻抗运放一般是指采用结型场效应管或是MOS管做输入级的集成运放，这包括了全MOS管做的集成运放。高输入阻抗运放的输入阻抗一般大于109欧姆。作为高输入阻抗运放的一个附带特性就是转换速度比较高。高输入阻抗运放用途十分广泛，例如采样保持电路、积分器、对数放大器、测量放大器、带通滤波器等等。
高速运放是指转换速度较高的运放。一般转换速度在100V/us以上。高速运放用于高速AD/DA转换器、高速滤波器、高速采样保持、锁相环电路、模拟乘法器、机密比较器、视频电路中。目前最高转换速度已经可以做到6000V/us。
宽带运放是指-3dB带宽（BW）比通用运放宽得多的集成运放。很多高速运放都具有较宽的带宽，也可以称作高速宽带运放。这个分类是相对的，同一个运放在不同使用条件下的分类可能有所不同。宽带运放主要用于处理输入信号的带宽较宽的电路。
高压运放是为了解决高输出电压或高输出功率的要求而设计的。在设计中，主要解决电路的耐压、动态范围和功耗的问题。高压运放的电源电压可以高于±20VDC，输出电压可以高于±20VDC。当然，高压运放可以用通用运放在输出后面外扩晶体管/MOS管来代替。
2．运放的主要参数
本节以《中国集成电路大全》集成运算放大器为主要参考资料，同时参考了其它相关资料。
集成运放的参数较多，其中主要参数分为直流指标和交流指标。
其中主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰-峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。
主要交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率SR、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。
2．1 直流指标
输入失调电压VIO：输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时，两个输入端之间所加的补偿电压。输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入失调电压在±1~10mV之间；采用场效应管做输入级的，输入失调电压会更大一些。对于精密运放，输入失调电压一般在1mV以下。输入失调电压越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
输入失调电压的温度漂移（简称输入失调电压温漂）αVIO：输入失调电压的温度漂移定义为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。这个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/℃。
输入偏置电流IIB：输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏置电流平均值。输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏置电流与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺（即上述的标准硅工艺）的输入偏置电流在±10nA~1μA之间；采用场效应管做输入级的，输入偏置电流一般低于1nA。
或更大时），输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失调电流越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。 输入失调电流IIO：输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端偏置电流的差值。输入失调电流同
样反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电流越小。输入失调电流是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏置电流的百分之一到十分之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响，特别是运放外部采用较大的电阻（例如10k 输入失调电流的温度漂移（简称输入失调电流温漂）：输入偏置电流的温度漂移定义为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。这个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，而且是在用以直流信号处理或是小信号处理时才需要关注。
差模开环直流电压增益：差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时，运放输出电压与差模电压输入电压的比值。由于差模开环直流电压增益很大，大多数运放的差模开环直流电压增益一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的差模开环直流电压增益在80~120dB之间。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数，为了便于比较，一般采用差模开环直流电压增益。
共模抑制比：共模抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放差模增益与共模增益的比值。共模抑制比是一个极为重要的指标，它能够抑制差模输入==模干扰信号。由于共模抑制比很大，大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的共模抑制比在80~120dB之间。
电源电压抑制比：电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放输入失调电压随电源电压的变化比值。电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。目前电源电压抑制比只能做到80dB左右。所以用作直流信号处理或是小信号处理模拟放大时，运放的电源需要作认真细致的处理。当然，共模抑制比高的运放，能够补偿一部分电源电压抑制比，另外在使用双电源供电时，正负电源的电源电压抑制比可能不相同。
负载时，输出峰-峰值电压接近到电源电压的50mV以内，所以称为满幅输出运放，又称为轨到轨（raid-to-raid）运放。需要注意的是，运放的输出峰-峰值电压与负载有关，负载不同，输出峰-峰值电压也不同；运放的正负输出电压摆幅不一定相同。对于实际应用，输出峰- 输出峰-峰值电压：输出峰-峰值电压定义为，当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前大电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度。除低压运放外，一般运放的输出输出峰-峰值电压大于±10V。一般运放的输出峰-峰值电压不能达到电源电压，这是由于输出级设计造成的，现代部分低压运放的输出级做了特殊处理，使得在10k 峰值电压越接近电源电压越好，这样可以简化电源设计。但是现在的满幅输出运放只能工作在低压，而且成本较高。
最大共模输入电压：最大共模输入电压定义为，当运放工作于线性区时，在运放的共模抑制比特性显著变坏时的共模输入电压。一般定义为当共模抑制比下降6dB 是所对应的共模输入电压作为最大共模输入电压。最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围，在有干扰的情况下，需要在电路设计中注意这个问题。
最大差模输入电压：最大差模输入电压定义为，运放两输入端允许加的最大输入电压差。当运放两输入端允许加的输入电压差超过最大差模输入电压时，可能造成运放输入级损坏。
2．2 主要交流指标
开环带宽：开环带宽定义为，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db（或是相当于运放的直流增益的0.707）所对应的信号频率。这用于很小信号处理。
单位增益带宽GB：单位增益带宽定义为，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处理中运放选型。
转换速率（也称为压摆率）SR：运放转换速率定义为，运放接成闭环条件下，将一个大信号（含阶跃信号）输入到运放的输入端，从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间，运放的输入级处于开关状态，所以运放的反馈回路不起作用，也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标，对于一般运放转换速率SR<=10V/μs，高速运放的转换速率SR>10V/μs。目前的高速运放最高转换速率SR达到6000V/μs。这用于大信号处理中运放选型。
全功率带宽BW：全功率带宽定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端，使运放输出幅度达到最大（允许一定失真）的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地，全功率带宽=转换速率/2πVop（Vop是运放的峰值输出幅度）。全功率带宽是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。
建立时间：建立时间定义为，在额定的负载时，运放的闭环增益为1倍条件下，将一个阶跃大信号输入到运放的输入端，使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输入，输出信号达到给定值后会出现一定抖动，这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度，稳定时间有较大差别，精度越高，稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标，用于大信号处理中运放选型。
等效输入噪声电压：等效输入噪声电压定义为，屏蔽良好、无信号输入的的运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时，就称为运放输入噪声电压（有时也用噪声电流表示）。对于宽带噪声，普通运放的输入噪声电压有效值约10~20μV。
差模输入阻抗（也称为输入阻抗）：差模输入阻抗定义为，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。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧；场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。
共模输入阻抗：共模输入阻抗定义为，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。通常，运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多，典型值在108欧以上。
输出阻抗：输出阻抗定义为，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。这个参数在开环测试。
3．运算放大器的对信号放大的影响和运放的选型
由于运算放大器芯片型号众多，即使按照上述办法分类，种类也不少，细分就更多了，这对于初学者就难免犯晕。本节力求通过几个实际电路的分析，明确运算放大器的对信号放大的影响，最后总结如何选择运放。
CA3140的主要指标为：
项目单位参数
输入失调电压μV5000
输入失调电压温度漂移μV/℃8
输入失调电流pA 0.5
输入失调电流温度漂移pA/℃0.005
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV5000
输入失调电流造成的误差μV0.0045
合计本项误差为μV5000
输入信号200mV时的相对误差% 2.5
输入信号100mV时的相对误差% 5
输入信号25mV时的相对误差% 20
输入信号10mV时的相对误差% 50
输入信号1mV时的相对误差% 500
初步结论是：高阻运放的输入失调电流很小，它造成的误差远远不及输入失调电压造成的误差，可以忽略；而输入失调电压造成的误差仍然不小，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV200
输入失调电流温漂造成的误差μV0.001
合计本项误差为μV200
输入信号200mV时的相对误差% 0.1
输入信号100mV时的相对误差% 0.2
输入信号25mV时的相对误差% 0.8
输入信号10mV时的相对误差% 2
输入信号1mV时的相对误差% 20
初步结论是：高阻运放的输入失调电流温漂很小，它造成的误差远远不及输入失调电压温漂造成的误差，可以忽略；在使用高阻运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。
由于高阻运放的输入失调电流只有通用运放的千分之一，因此若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，几乎不会造成可明显察觉的误差。
HA5159的主要指标为：
项目单位参数
输入失调电压μV10000
输入失调电压温度漂移μV/℃20
输入失调电流nA 6
输入失调电流温度漂移pA/℃60
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV10000
输入失调电流造成的误差μV54.5
合计本项误差为μV10054
输入信号200mV时的相对误差% 5.0
输入信号100mV时的相对误差% 10.1
输入信号25mV时的相对误差% 40.2
输入信号10mV时的相对误差% 100.5
输入信号1mV时的相对误差% 1005
初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV500
输入失调电流温漂造成的误差μV13.6
合计本项误差为μV513
输入信号200mV时的相对误差% 0.3
输入信号100mV时的相对误差% 0.51
输入信号25mV时的相对误差% 2.05
输入信号10mV时的相对误差% 5.14
输入信号1mV时的相对误差% 51.4
初步结论是：在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。
若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV10000
输入失调电流造成的误差μV109
合计本项误差为μV10109
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV500
输入失调电流温漂造成的误差μV27.3
合计本项误差为μV527
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。
低功耗运放LF441的主要指标为：
项目单位参数
输入失调电压μV7500
输入失调电压温度漂移μV/℃10
输入失调电流nA 1.5
输入失调电流温度漂移pA/℃15
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV7500
输入失调电流造成的误差μV13.6
合计本项误差为μV7513
输入信号200mV时的相对误差% 3.8
输入信号100mV时的相对误差% 7.5
输入信号25mV时的相对误差% 30.1
输入信号10mV时的相对误差% 75.1
输入信号1mV时的相对误差% 751
初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV250
输入失调电流温漂造成的误差μV 3.4
合计本项误差为μV253
输入信号200mV时的相对误差% 0.1
输入信号100mV时的相对误差% 0.25
输入信号25mV时的相对误差% 1.01
输入信号10mV时的相对误差% 2.53
输入信号1mV时的相对误差% 25.3
初步结论是：在使用高速运放时，由于失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。
若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV7500
输入失调电流造成的误差μV27.3
合计本项误差为μV7527
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV250
输入失调电流温漂造成的误差μV 6.8
合计本项误差为μV257
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。
精密运放OP07D的主要指标为：
项目单位参数
输入失调电压μV85
输入失调电压温度漂移μV/℃0.7
输入失调电流nA 1.6
输入失调电流温度漂移pA/℃12
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV85
输入失调电流造成的误差μV14.5
合计本项误差为μV99.5
输入信号200mV时的相对误差% 0.05
输入信号100mV时的相对误差% 0.1
输入信号25mV时的相对误差% 0.4
输入信号10mV时的相对误差% 1.0
输入信号1mV时的相对误差% 10
初步结论是：精密运放输入失调电压和输入失调电流造成的误差不太大，而且可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差大于输入失调电流造成的误差。
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV17.5
输入失调电流温漂造成的误差μV 2.7
合计本项误差为μV20.2
输入信号200mV时的相对误差% 0.01
输入信号100mV时的相对误差% 0.02
输入信号25mV时的相对误差% 0.08
输入信号10mV时的相对误差% 0.2
输入信号1mV时的相对误差% 2.0
初步结论是：在使用精密运放时，由于失调电压温度系数不大，造成的影响不大，使得它能够放大10mV 以上的直流信号。
若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV85
输入失调电流造成的误差μV29.1
合计本项误差为μV114.1
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV17.5
输入失调电流温漂造成的误差μV 5.5
合计本项误差为μV23
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用增加运放输入电阻或是降低运放输入失调电流。
高精度运放ICL7650的主要指标为：
项目单位参数
输入失调电压μV0.7
输入失调电压温度漂移μV/℃0.02
输入失调电流nA 0.02
输入失调电流温度漂移pA/℃0.2
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV0.7
输入失调电流造成的误差μV0.2
合计本项误差为μV0.9
输入信号200mV时的相对误差% 0.0004
输入信号100mV时的相对误差% 0.0009
输入信号25mV时的相对误差% 0.0035
输入信号10mV时的相对误差% 0.0088
输入信号1mV时的相对误差% 0.088
初步结论是：高精密运放输入失调电压和输入失调电流造成的误差很小可以不调零。其中输入失调电压造成的误差大于输入失调电流造成的误差。
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV0.5
输入失调电流温漂造成的误差μV0.05
合计本项误差为μV0.55
输入信号200mV时的相对误差% 0.0003
输入信号100mV时的相对误差% 0.0005
输入信号25mV时的相对误差% 0.0022
输入信号10mV时的相对误差% 0.0055
输入信号1mV时的相对误差% 0.055
初步结论是：在使用高精密运放时，由于失调电压温度系数很小，几乎没有造成影响，使得它能够放大1mV以以下的直流信号。
若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV0.7
输入失调电流造成的误差μV0.4
合计本项误差为μV 1.1
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV0.5
输入失调电流温漂造成的误差μV0.09
合计本项误差为μV0.59
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差。由于这些误差太小，不调零时的总误差不过2μV，所以忽略。
3．1 例一，运算放大器的对直流小信号放大的影响
这里的直流小信号指的是信号幅度低于200mV的直流信号。
为了便于介绍，这里采用标准差分电路。这里假定同相输入端的输入电阻为R1，同相输入端的接地电阻为R3，反相输入端的输入电阻为R2，反相输入端的反馈电阻为R4。运放采用双电源供电。假定R1=R2=10k 欧姆，R1=R2=100k欧姆，这样放大电路的输入电阻=10k欧姆，运放的同相端和反相端的等效输入电阻=10k欧姆并联100k欧姆≈9.09 k欧姆，输入增益Av=10。
这里假定工作温度范围是0~50℃，所以假定调零温度为25℃，这样实际有效变化范围只有25℃，可以减小一半的变化范围。
还假定输入信号来自于一个无内阻的信号源，为了突出运放的影响，这里暂时不考虑线路噪声、电阻噪声和电源变动等的影响。
这里选用通用运放LM324、高阻运放CA3140、高速运放HA5159、低功耗运放LF441、精密运放OP07D、
高精度运放ICL7650等6种运放来比较运算放大器的对直流小信号放大的影响。由于不同厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于中南工业大学出版社出版的《世界最新集成运算放大器互换手册》，所选的集成运算放大器指标如下：
LM324的主要指标为：
项目单位参数
输入失调电压μV9000
输入失调电压温度漂移μV/℃7
输入失调电流nA 7
输入失调电流温度漂移pA/℃10
这样可以计算出，在25℃的温度下的失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV9000
输入失调电流造成的误差μV63.6
合计本项误差为μV9063
输入信号200mV时的相对误差% 4.5
输入信号100mV时的相对误差% 9.1
输入信号25mV时的相对误差% 36.3
输入信号10mV时的相对误差% 90.6
输入信号1mV时的相对误差% 906
初步结论是：输入失调电压和输入失调电流造成的误差较大，但是可以在工作范围的中心温度处通过调零消除。其中输入失调电压造成的误差远远超过输入失调电流造成的误差。
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV175
输入失调电流温漂造成的误差μV 2.3
合计本项误差为μV177.3
输入信号200mV时的相对误差% 0.09
输入信号100mV时的相对误差% 0.18
输入信号25mV时的相对误差% 0.71
输入信号10mV时的相对误差% 1.77
输入信号1mV时的相对误差% 17.7
初步结论是：在使用LM324时，由于输入失调电压温度系数较大，造成的影响较大，使得它不适合放大100mV以下直流信号。若以上两项误差合计将更大。
若其它条件不变，仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，造成误差如下：
这样可以计算出，在25℃的温度下的输入失调误差造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压造成的误差μV9000
输入失调电流造成的误差μV127.3
合计本项误差为μV9127
这样可以计算出，0~25℃的温度漂移造成的影响如下：
项目单位参数
输入失调电压温漂造成的误差μV175
输入失调电流温漂造成的误差μV 4.5
合计本项误差为μV179.5
初步结论：仅仅运放的外围电阻等比例增加一倍，运放的输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差不变，而输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差随之增加了一倍。所以，对于高阻信号源或是运放外围的电阻较高时，输入失调电流和输入失调电流温漂造成的误差会很快增加，甚至有可能超过输入失调电压和输入失调电压温漂造成误差，所以这时需要考虑采用高阻运放或是低失调运放。
3．1 例二，运算放大器的外部电路对直流小信号放大的影响
这里的电路条件与例一相同。
本例主要讨论共模抑制比、电源变动抑制、外部电阻不对称等的影响。
这里仍然选用精密运放OP07D。由于不同厂家的同种运放的指标不尽相同，这里运放的指标来自于中南工业大学出版社出版的《世界最新集成运算放大器互换手册》，所选的集成运算放大器指标如下：
OP07D的主要指标为：
项目单位参数
电源变动抑制μV/V10
输入偏置电流nA 3
共模抑制比db 106
由电源变动抑制=10μV/V可以得知，在其它条件不变的情况下，电源电压变化幅度达到1V时造成输入失调电压增加10μV。可见，在低于10mV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.1%的影响。
共模抑制比由106db换算为2×105。在其它条件不变的情况下，输入信号==模电压幅度达到1V时造成输入电压增加5μV。可见，在低于10mV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.05%的影响。
这里假定同相输入端的输入电阻为R1，同相输入端的接地电阻为R3，反相输入端的输入电阻为R2，反相输入端的反馈电阻为R4。运放采用双电源供电。假定R1=10k欧姆，R2=30k欧姆，R3=100k欧姆，
R4=300k欧姆，这样放大电路的增益Av=10，运放的同相端的等效输入电阻=10k欧姆并联100k欧姆≈9.09 k欧姆，反相端的等效输入电阻=30k欧姆并联300k欧姆≈27.27 k欧姆。这样，由于运放输入偏置电流造成的影响为：
运放的同相端由于输入偏置电流产生的电压=3nA×9.09 k欧姆=27.27μV
运放的反相端由于输入偏置电流产生的电压=3nA×27.27k欧姆=81.81μV
这样，对于输入端造成的误差等于输入偏置电流分别在运放的同相端与反相端等效电阻上的电压的差值（54.54μV）。可见，当运放的同相端与反相端等效电阻不同时，输入偏置电流将产生一定的影响，其中对于高阻运放的影响较小（它的输入偏置电流比普通运放小3个数量级），而对非高阻运放影响较大，特别是在低于10mV的微信号的放大中，对精度至少会造成0.2%的影响。
本例总结：
。对于同一个直流小信号放大时，通用运放、高阻运放、高速运放、低功耗运的性能接近，可以互换，但是从成本和采购角度来说，建议选用通用运放；但是若信号源内阻较大（例如大于10K欧姆）时，采用高阻运放能够减小运放输入失调造成的误差。
。若不做精度要求时，选用通用运放或是高阻运放。
。通用运放或是高阻运放只能精密放大100mV以上直流信号。
。若要求精密放大100mV以下信号时，需要选用精密运放甚至高精度运放；
本例中没有考虑的影响精度的因素太多，实际条件下，精度会更低。
放大电路原理
放大电路原理 放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频；接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。 读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析；二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。 下面我们介绍几种常见的放大电路。 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在 20 赫～ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。 （ 1 ）共发射极放大电路 图 1 （ a ）是共发射极放大电路。 C1 是输入电容， C2 是输出电容，三极管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入， 2 、3 端是输出。 3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 （ b ），动态时交流通路见图 1 （ c ）。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。
（ 2 ）分压式偏置共发射极放大电路 图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE ， CE 称交流旁路电容，对交流是短路的； RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2 上电压和 RE 上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。 （ 3 ）射极输出器 图 3 （ a ）是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 （ b ）是它的交流通路图，可以看到它是共集电极放大电路。
差分放大器的结构、特点及作用
1. 差分放大器的结构、特点及作用 特点： 差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。 差分工作模式，能很好抑制环境噪声（如电源噪声），即所谓的共模抑制。虽然这是以电路面积为代价的，但对于在单端模式时采用其它的方法来抑制环境噪声的干扰的电路面积而言还是较小的。 差分电路还具有偏置电路简单和线性度高等优点。 结构： 应用： 2. 基本差分对中的尾电流源的作用 为差分对提供一个电流源I S ，以使差分对具有固定的尾电流，从而产生独立于输入共模信号V ic 的电流I D1+I D2。 在共模输入时差分对管的工作电流I D1=I D2= I S /2，并且保持恒定； 同理，其共模输出电平也保持恒定，且其值为V DD -RI S /2（R 为负载等效电阻）。 解决了由于差分对管在共模输入时的工作电流变化引起非线性及输出信号失真等。 V i1 V i2 V i1V i2
3. 各类差分放大器的增益（共模增益、差模增益）、输入输出共模电平范围、 线性增益区的范围（对所给电路图分析计算） 双端输入双端输出时的差模电压增益 双端输入单端输出差模电压增益 在理想情况下，由于电路的完全对称性，则当输入共模信号时，由于引起差分对管的每边的输出电压的变化量相等，双端输出的电压为0，故电压增益为0。 理想情况下，单端输出共模小信号增益也为0。 4. 各类差分放大器的失调分析（失调的表示方式、原因，减小失调的方法） P83 减小由于输入差分对管不对称所引起的输入失调电压a 、减小输入差分对管MOS 管的阈值电压差，一种有效的方法就是采用离子注入工艺，使输入差分对管的阈值电压一致性较好。b 、减小失调误差的另一种方法是减小由于差分对管的几何尺寸的不对称引入的误差，这可以增大差分对管的尺寸，从而减小ΔW/W 与ΔL/L 的值（但这会造成输入差分对管具有大的寄生电容）来实现，并且通过提高光刻精度以减小ΔW/W 与ΔL/L 的误差值。 5. 差分放大器共模抑制能力的表示方式 R g V V V m i o o -=-)2)(121R g m 2 1 -
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端
放大电路的组成及工作原理
2、4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型,掌 握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生活 实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 （一）导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱与区,其中放大区就是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家就是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件就是什么不(发射结正偏,集电结反偏)？这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2、4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大: 利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,就是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一就是信号不失真,二就是要放大。 二、基本放大电路的组成
影响运放电路的误差的几个主要参数(精)
影响运放电路的误差的几个主要参数(KCMR,VIO,Iib,Iio等) 1. 共模抑制比KCMR为有限值的情况 集成运放的共模抑制比为有限值时，以下图为例讨论。 VP=Vi VN=Vo 共模输入电压为： 差摸输入电压为： 运算放大器的总输出电压为：vo=AVDvID+AVCvIC 闭环电压增益为：
可以看出，Avd和Kcmr越大，Avf越接近理想情况下的值，误差越小。 2.输入失调电压VIO 一个理想的运放，当输入电压为0时，输出电压也应为0。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称。通常在输入电压为0时，存在一定的输出电压。 解释一：在室温25℃及标准电源电压下，输入电压为0时，为使输出电压为0，在输入端加的补偿电压叫做失调电压。 解释二：输入电压为0时，输出电压Vo折合到输入端的电压的负值，即VIO=- VO|VI=0/AVO 输入失调电压反映了电路的对称程度，其值一般为±1~10mV 3.输入偏置电流IIB BJT集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流IBN和IBP。输入偏置电流是指集成运放输出电压为0时，两个输入端静态电流的平均值。 输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。偏置电流越小，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也越小。其值一般为10nA~1uA。 4.输入失调电流IIO 在BJT集成电路运放中，当输出电压为0时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO=|IBP-IBN| 由于信号源内阻的存在，IIO会引起一个输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为0。它反映了输入级差分对管的不对称度，一般约为 1nA~0.1uA。 5.输入失调电压VIO、输入失调电流IIO不为0时，运算电路的输出端将产生误差电压。 设实际的等效电路如下图大三角符号，小三角符号内为理想运放，根据VIO和IIO的定义画出。
差分运算放大器基本知识
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
运算放大器工作原理是什么
运算放大器工作原理是什么? 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
锁相放大器实验报告
锁相放大器实验报告 摘要：本实验利用锁相放大器对信号中的噪声进行抑制并对其进行检测，了解相关检测原理，锁相放大器的基本组成；掌握锁相放大器的正确使用方法及在检波上的应用。通过实验学会锁相放大器的使用，掌握利用锁相放大器来观察信号输入信号通道前后的幅值以及波形情况，获得相位与电压、放大倍数与电压的关系，并且通过噪声的观察知道如何消除噪声。 关键词：锁相放大器，微弱信号放大，PSD 输出波形，谐波响应 引言：随着科学技术的发展，微弱信号的检测越来越重要。微弱信号检测是利用电子学、信息论、物理学和电子计算机的综合技术。它是在认识噪声与信号的物理特性和相关性的基础上，把被噪声淹没的有用信号提取出来的一门新兴技术学科。锁相放大器就是检测淹没在噪声中微弱信号的仪器。它可用于测量交流信号的幅度和位相，有极强的抑制干扰和噪声的能力，极高的灵敏度，可检测毫微伏量级的微弱信号。锁相放大器可以理解为用噪声频带压缩的。方法，将微弱信号从噪声中提取出来。自1962年第一台锁相放大器商品问世以来，锁相放大器有了迅速发展，性能指标有了很大提高，现已被广泛应用于科学技术的很多领域。 一、实验原理： 1、 噪声 在物理学的许多测量中，常常遇到极微弱的信号。这类信号检测的最终极限将取决于测量设备的噪声，这里所说的噪声是指干扰被测信号的随机涨落的电压或电流。噪声的来源非常广泛复杂，有的来自测量时的周围环境，如50Hz 市电的干扰，空间的各种电磁波，有的存在于测量仪器内部。在电子设备中主要有三类噪声：热噪声、散粒噪声和1／f 噪声，这些噪声都是由元器件内部电子运动的涨落现象引起的。从理论上讲涨落现象永远存在，因此只能设法减少这些噪声，而不能完全消除。 2、相干检测及相敏检波器 微弱信号检测的基础是被测信号在时间上具有前后相关性的特点。相关反映了两个函数有一定的关系，如果两个函数的乘积对时间的积分不为零，则表明这两个函数相关。相关按概念分为自相关和互相关，微弱信号检测中一般都采用抗干扰能力强的互相关检测。设信号f 1(t )为被检信号V s (t )和噪声V n (t )的叠加，f 2(t )为与被检信号同步的参考信号V r (t )，二者的相关函数为： 由于噪声V n (τ)和参考信号V r (τ)不相关，故R nr (τ)=0，所以R 12(τ)=R sr (τ)。锁相放大器通过直接实现计算相关函数来实现从噪声中检测到被淹没信号。 锁相放大器的核心部分是相敏检波器(phase —sensitive detector,简称PSD)，也有称它为混频器(mixer)的，它实际上是一个乘法器。加在信号输入端的信号经滤波器和调谐放大器后加到PSD 的一个输入端。在参考输入端加一个与被测信号频率相同的正弦（或方波）信号，经触发整形和移相变成方波信号，加到PSD 的另一个输入端。 若加在PSD 上的被测信号为u i ，加在PSD 上的方波参考信号u r 幅度为1，若用傅里叶级数展开，则方波的表达式为 ()[]∑∞=++=0r r 12sin 1 21π4n t n n u ω, （n =0，1，2）。 (1) 于是PSD 的输出信号为 从式(2)可以看出，输出信号oPSD u 包含有下列各种频率分量：
全差分运算放大器设计
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
运算放大器的工作原理
运算放大器的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同， 运算放大器原理 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)。 图1-1 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
加法器及差分放大器项目实验报告
加法器及差分放大器项目实验报告 一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)25(21i i O U U U +-=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电 压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系：21i i O U U U +=。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 波形。 （二）、差分放大器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)(521i i O U U U --=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件
全差分套筒式运算放大器设计
全差分套筒式运算放大器设计 1、设计内容 本设计基于经典的全差分套筒式结构设计了一个高增益运算放大器，采用镜像电流源作为偏置。为了获得更大的输出摆幅及差模增益，电路采用了共模反馈及二级放大电路。 本设计所用到的器件均采用SMIC 0.18μm的工艺库。 2、设计要求及工艺参数 本设计要实现的各项指标和相关的工艺参数如表1和表2所示：
3、放大器设计 3.1 全差分套筒式放大器拓扑结构与实际电路 图1 全差分套筒式放大器拓扑结构 图2 最终电路图
3.2 设计过程 在图1中，Mb1和M9组成的恒流源为差放提供恒流源偏置，且M1，M2完全一样，即两管子所有参数均相同。Mb2、M7和M8构成了镜像电流源，M5、M6和M7、M8构成了共源共栅电流源，M1、M2、M3、M4构成了共源共栅结构，可以显著提高输出阻抗，提高放大倍数（把M3的输出阻抗提高至原来的（gm3 + gmb3）ro2倍。但同时降低了输出电压摆幅。为了提高摆幅，控制增益，在套筒式差分放大器输出端增加二级放大。 本设计中功率上限为10mW，可以给一级放大电路分配3mA的电流。设计要求摆幅为3V，所以图1中M1、M3、M5、M9的过驱动电压之和不大于1.8-3/2=0.3V。我们可以平均分配每个管子的过驱动电压。根据漏电计算流公式(1)（考虑沟道长度调制效应），可以计算出每个管子的宽长比。 I D=1 2μn C ox W L (V GS?V TH)2(1+λV DS)(1) 其中，C ox等于ε/t ox，μn和t ox可以从工艺库中查找。 4、仿真结果 经过调试优化之后的仿真结果如以下各图所示： 图3 增益及相位裕度 从图中可以看出，本设计的低频增益达到了74.25dB，达到了预期要求。3dB 带宽为35kHz左右，比较小，可见设计还有改进的余地。 当CL为2pF时，相位裕度： PM=180°+∠βH(ω)=180°?125.5°=54.5° 电源电压为1.8V时，输出摆幅如下图所示，达到了3V。
锁相放大器综述
题目： 锁相放大器的原理及应用 姓名： 单位： 学号： 联系方式：
摘要 锁相放大器又称锁定放大器是对正弦信号（含具有窄带特点的调幅信号）进行相敏检波的放大器，它实际上是一个模拟的傅立叶变换器，在强噪声下，利用有用信号的频率值准确测出有用信号的幅值。应用在科学研究的各个领域中：如通讯、工业、国防、生物、海洋等。本文主要介绍了锁相放大器原理，发展过程，基本组成，重要参数和在各方面的应用。 关键词：锁相放大器，噪声，傅立叶变换
一、锁相放大器的定义 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。锁相放大器又称锁定放大器是对正弦信号（含具有窄带特点的调幅信号）进行相敏检波的放大器，它实际上是一个模拟的傅立叶变换器，在强噪声下，利用有用信号的频率值准确测出有用信号的幅值。应用在科学研究的各个领域中：如通讯、工业、国防、生物、海洋等。 二、锁相放大器的历史 上世纪六十年代美国公司研制出第一台利用模拟电路实现微弱正弦信号测量的锁相放大器，使微弱信号检测技术突破性飞越，为解决大量电子测量做出贡献，在物质表面组份分析以及表面电子能态研宄方面有重大意义。自上世纪后期开始，国内外越来越多的人开始研宄锁相放大器，随着科技的发展，越来越多性能优良的锁相放大器被研发出来，在各个领域应用广泛，极大程度上推动了各个学科的发展，目前，从提高系统的灵敏度、减小噪声带宽、提高检测精度、改善信噪比上都有了很大的进步。近年来，数字电子技术飞速发展，锁相放大器也在这一契机下，出现了模数混合的锁相放大器与数字锁相放大器，这在一定程度上弥补了由于物理器件造成的模拟锁相放大器的缺点，极大改善了性能，提升了研究层次与扩大了应用范围。国外相较于国内而言，起步要早一些，己研发出一系列锁相放大器。美国公司、美国公司是行业的龙头企业，它们所研制的模拟型：、和数字型：、、、均已有较成熟的发展与应用。其中公司是世界范围内数字锁相放大器研制的佼佼者，该公司的产品在到的频率带宽内可测，具有自动获取、自动补偿功能，具有谐波抑制功能、度的相位分辨率和大于的动态保留，时间常数位从到可调，它的数字信号处理设计使它具有很大的动态存储，这就减少了使用带通滤波器时带进的噪声以及系统的不稳定性。就国内而言，南京大学唐鸿宾等对锁相放大器的研宄起步较早，研发出了系列锁相放大器，该校微弱信号检测中心顺势
差分放大器仿真
《电子技术计算机绘图基础》 设 计 报 告 题目：差分放大器仿真 学院：通信与信息工程学院 专业班级：电子信息工程 学号： 学生姓名： 指导教师：
差分放大器的仿真 一、设计描述 1、设计目的和任务 1).熟悉差分放大器的工程估算，掌握差分放大器静态工作点的调整与测试方法。 2).能够掌握差分放大器性能指标的测试方法。 3).能够掌握multisim 和protel 的基本用法，做出Multisim 仿真图、Protel 原理图、PCB 板，从而加深理解差分放大器的性能特点。 4).熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。 2、原理分析 （1）基本原理 差分放大器是一种特殊的直接耦合放大器，它能有效的抑制零点漂移；它的基本性能是放大差模信号、抑制共模信号；常用共模抑制比来表征差分放大器对共模信号的抑制能力；稳流电阻的增加可以提高共模抑制比；但稳流电阻不能太大，因此采用恒流源取代稳流电阻，从而进一步的提高共模抑制比。 （2）静态工作点的调整 实验电路通过调节电位器R p 使两个三极管的集电极电压相等来调节电路的对称性，完成电路的调零。 （3）静态工作点的测量 静态工作点的测量就是测出三极管各电极对地直流电压V BQ 、V EQ 、V CQ ，从而计算得到V CEQ 和V BEQ 。而测量直流电流时，通常采用间接测量法测量，即通过直流电压来换算得到直流电流。这样即可以避免更动电路，同时操作也简单。 EQ CQ CEQ V V V -= EQ BQ BEQ V V V -= e EQ EQ R V I = C CQ CC CQ )(R V V I -= （4）电压放大倍数的测量 差分放大器有差模和共模两种工作模式，因此电压放大倍数有差模电压放大倍数和共模电压放大倍数两种。 在差模工作模式下，差模输出端U od1是反相输出端，U od2是同相输出端，则差模电压放大倍数为： ud2 ud1ud A A A += ud2 i od2i od1ud1 A U U U U A -=- == 在共模工作模式下，共模输出端U oc1、U oc2均为反相输出端，则共模电压放大倍数为： uc2 uc1uc A A A -= uc2 i oc2i oc1uc1 A U U U U A == = 电路的共模抑制比K CMR 为：
全差分运算放大器设计
全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： 直流增益：>80dB 单位增益带宽：>50MHz 负载电容：＝5pF 相位裕量：>60度 增益裕量：>12dB 差分压摆率：>200V/us 共模电压：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的 ,DSAT N V 之和小于，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。对于单 级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 性能指标分析 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω =
运算放大器构造及原理
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运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理 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
锁相放大器原理
如何测量被噪声埋没了的信号？ 在测量各种物理量（温度、加速度等）时，用传感器将其变换成为电信号，然后输入到分析仪器（测量仪器）中去。但是，仅想获得必要的信号是很难做到的。通常是连不必要的信号（也就是噪声）也一起被测量了。在各种情况下，噪声都有可能混进来。 噪声并不仅限于电信号，也有包含在被测量的物理量中的情况。另外，根据不同场合，也出现噪声强度远远高出所需要的目的信号电平的情况。想要测量的信号越微弱，那么噪声就相对地越大。 在这里，让我们来看一下用交流电压表来测量不同电平的1kHz 的正弦波信号的结果。 在信号上叠加了0.1Vmrs 的白噪声。“毫伏计”是一般的交流电压表，“锁相放大器”是一种专门测量微小信号的（特殊的）交流电压表。 信号电平 （正弦波信号） 波 形 （叠加了噪声的波形） 毫伏计的 测量结果 锁相放大器的 测量结果 1Vrms 1Vrms 0.999Vrms 100mVrms 140mVrms 99mVrms
1mVrms 105mVrms 1.01mVrms 0.1mVrms 105mVrms 0.107mVrms 毫伏计也同时测量噪声。即使用数字万用表（DMM ）来测量，也会得到与毫伏计相同的测量结果。 但锁相放大器，能在比目的信号（1kHz 正弦波）强1000倍的噪声中把目的信号几乎准确无误地检测出来。 在测量埋没在噪声中的信号时，使用锁相放大器最为合适。 为什么锁相放大器具有那么强的抗噪声能力？ 锁相放大器不容易受到噪声影响的原因，是因为很好地利用了噪声（白噪声）与目的信号（正弦波）之间在性质上的差别。 在这里，我们一方面整理白噪声的性质和正弦波的性质，一方面解说为什么锁相放大器会具有很强的噪声抑制能力。 噪声的性质 ■平坦的频谱 在宽阔的频率范围内，该信号具有几乎相同的频谱。信号的瞬时电平成为预测不到的随机的值。
差动放大电路_实验报告
实验五差动放大电路 (本实验数据与数据处理由果冻提供,仅供参考,请勿传阅.谢谢~) 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 R P用来调节T1、T2管的静态工作点， V i＝0时， V O＝0。R E为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用,可以有效抑制零漂。 差分放大器实验电路图 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、晶体三极管3DG6×3， T1、T2管特性参数一致，或9011×3,电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点
信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压V O ，调节调零电位器R P ，使V O ＝0。 ②测量静态工作点 再记下下表。 2) 测量差模电压放大倍数(须调节直流电压源Ui1=0.1V ,Ui2=-0.1V) 3) 测量共模电压放大倍数 理论计算：(r be =3K .β=100. Rp=330Ω) 静态工作点: E3 BE EE CC 212 E3 C3R V )V (V R R R I I -++≈≈=1.153mA I c Q =I c 3/2=0.577mA, I b Q =I c /β=0.577/100=5.77ｕA U CEQ =V cc-I c R c+U BEQ =12-0.577*10+0.7=6.93V 双端输出:(注:一般放大倍数A 的下标d 表示差模,下标c 表示共模,注意分辨) P be B C i O d β)R (12 1 r R βR △V △V A +++- ===-33.71 A c 双 =0.
全差分运算放大器设计说明
全差分运算放大器设计 岳生生（6） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11135711 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益 9 2 291129 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- +P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：