运放的电压追随电路（如图1所示），利用虚短、虚断，一眼看上去简单明了，没有什么太多内容需要注意，那你可能就大错特错了。理解好运放的电压追随电路，对于理解运放同相、反相、差分、以及各种各样的运放的电路，都有很大的帮助。
图1：运放电压追随电路
电压追随电路分析
如果我们将运放的输出连接到它的反相输入端，然后在同相输入端施加一个电压信号，我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压。
假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V，然后当V in从0V开始增加的时候，V out也会增加，而且是往正电压的方向增加。这是因为假设V in突然增大，V out还没有响应依然是0V的时候，V e=V in-V out是大于0的，所以乘上运放的开环增益，V out=V e*A，使得运放的输出V out开始往正电压的方向增加。
当随着V out增加的时候，输出电压被反馈回到反相输入端，然后会减小运放两个输入端之间的压差，也就是V e会减小，在同样的开环增益的情况下，V out自然会降低。最终的结果就是，无论输入电压多大（当然是在运放的输入电压范围内），运放始终会输出一个十分接近V in的电压，但是这个输出电压V out是刚好低于V in的，以保证运放两个输入端之间有足够的电压差V e来维持运放的输出，也就是V out=V e*A。
运放电路中的负反馈
这个电路很快就会达到一个稳定状态，输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差，这个压差V e反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。将运放的输出与运放的反相输入端连接起来，这样的方式被称为负反馈，这是使系统达到自稳定的关键。这不仅仅适用于运放，同样适用于任何常见的动态系统。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力，而不是仅仅处于饱和的状态，全“开”或者全“关”，就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样。
由于运放的增益很高，在运放反相输入端维持的电压几乎与V in相等。举例来说，一个运放的开环增益为200 000。如果V in等于6V，这时输出电压可能会是5.999 970 000 149 999V。这在运放的输入端产生了足够的电压差V e=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV，这个电压会被放大然后在输出端产生幅值为5.999 970 000 149 999V的电压，从而这个系统会稳定在这里。正如你所见，29.999 85uV是一个很小的电压，因此对于实际计算来说，我们可以认为由负反馈维持的运放两个输入端之间的压差V e=0V，整个过程如图2所示。这也就是我们熟悉的“虚短”，而由于运放的两个输入端之间的阻抗是很大的，自然也就有了“虚断”。下面的电路具有稳定的1倍的闭环增益，输出电压会简单的追随输入电压。
图2：负反馈的作用
使用负反馈的一个很大的优势是，我们不用去关心运放的实际电压增益，只要它足够大就可以。如果运放的电压增益不是200 0000而是250 000，这会使得运放的输出电压会更接近V in一些，因而输入端之间只需更小的电压差就可以产生需要的输出电压。在图2示意的电路中，输出电压同样会等于运放反相输入端上的输入电压。因此，对于电路设计工程师来说，为了实现放大电路的稳定的闭环增益，运放的开环增益没有必要是一个精确的值，负反馈会使得系统自我调整。
使用负反馈会改善线性度、增益稳定、输出阻抗、增益精度，但使用负反馈同样也会带来一个严重的问题，那就是降低系统的稳定性，而对于单位增益的电压追随电路这一点来说，这是一种最坏的情况，尤其是在驱动容性负载的情况下，感兴趣的同学可以自己去查阅相关的资料。
关于运放电路，很多时候我们都被灌输反相端追随同相端，就像前面所说的那样。难道就不能同相端追随反相端吗？
对于今天讲的电压追随电路来说，只能是反相端追随同相端。如果在反相端施加一个正的输入电压，将输出连接到同相端，同样假设输出为0，那V e会是一个负的电压，乘以运放的开环增益，那输出会是一个负的电压，返回到运放的同相输入端，会进一步得到一个绝对值更大的负电压差。这样一来，运放的输出很快就会达到饱和，自然也就无法实现同相端追随反相端。
但对于运放来说，如果在反相端施加参考电压，配合其它电子元器件，如三极管、MOS等，使得运放的整体环路形成负反馈，同样也能使同相端追随反相端，而这也自然打破了我们熟悉的运放的反相端追随同相端的规律。
运放的电压追随电路，”虚短”、“虚断”是表面，而负反馈才是根。基于这个根，可以很好的帮助我们去理解千变万化的运放电路。
实验报告 实验名称集成运放基本运算电路的分析与设计 课程名称模电实验 院系部：控计专业班级： 学生姓名：学号： 同组人：实验台号： 指导老师：成绩： 实验日期： 华北电力大学 一、实验目的和要求 1．掌握使用集成运算放大器构成反相输入比例运算电路、同相输入比例运算电路、反相输入求和运算电路、减法运算电路的方法。2．进一步熟悉该基本运算电路的输出与输入之间的关系。 二、实验设备 1．模拟实验箱 2．数字万用表 3．运算放大器LM324 4．10K、20K、100K的电阻若干
5．模拟实验箱上有滑动变阻器可供同学使用 三、实验原理． 实际运放具有高增益、低漂移、高输出阻抗、低输出阻抗、可靠性高的特点，可视为理想器件。运放的理想参数： 1．开环电压增益 A=∞vd2．输入电阻 R=∞，R=∞icid3．输出电阻 R =0 o4．开环带宽 BW= ∞ KCMR =∞．共模抑制比5 ．失调电压、电流6 、=0VI=0 ioio 根据分析时理想运放的条件，得出两个重要结论： =V 虚开路：I=0 V虚短路：i+-下图为反相比例运算放大器与同相比例运算放大器。 四、实验方法与步骤： 1.反向输入比例运算 按实验原理中所示电路接线，接通电源。从实验箱的直流信号源引入输入信号U，测量对应的输出信号U的值，算出A，将实验值与理论值uiO相比较，分析误差产生的原因。 2.同向输入比例运算 参照反相输入比例运算的电路，设计比例系数为6的同相比例运算电路，设计出相应的电路图及表格，得到四组数据。并将测量值与设计要求进行比较。 输入电压不能过大，要保证运放工作在线性区。
3.反向输入比例求和运算 按实验原理中所示电路接线，接通电源。从实验箱的直流信号源引入输入信号U，测量对应的输出信号U的值，算出A，将实验值与理论值uOi相比较，分析误差产生的原因。 4.减法运算 参照反相输入求和运算的电路，设计比例系数为5的减法运算电路，设计出减法运算的电路图及相应的表格，得到四组数据。然后将测量值与设计要求进行比较。． 输入电压不能过大从而保证运放工作在线性区。五、实验结果与数据处理反向输入比例运算(V) U i U(V) o A 实验值u A-5 计算值 -5 -5 -5 u同向输入比例运算自行设计的电路图 自行设计的表格 (V)i (V) U o A 实验值u A6 6 6 6 计算值u反向输入求和运算 U(V) i1U-1 1 -1 (V) 1 i2U实验值o U计算值o减法运算自行设计电路图 自行设计表格 U (V) i1． -1 1 -1 1 (V) U i2U 实验值o U 计算值o六、思考题第
一设计目的 1.集成运算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、微分等模拟运算电路。 2.本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序，通过输入 不同类型与幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证，并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计，并最终实现PCB版图形式。二设计工具：计算机，Mulitisim，Protel软件 三设计任务及步骤要求 1)通过Mulitisim编写程序运算放大电路仿真程序，通过输入不同类型与 幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证。输入电压波形可以任意选取，并且可对输入波形的运算进行实时显示，并进行比较； 2)对设计完成的运算放大电路功能验证无误后，通过Protel软件对首先对电 路进行原理图SCH设计，要求：所有运算放大电路在一张原理图上； 输入输出信号需预留接口； 3)设计完成原理图SCH后，利用Protel软件设计完成印制板图PCB，要求：至 少为双层PCB板； 四设计内容 1集成运算放大器放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。 2集成运放芯片的选取和介绍 由于LM324具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，而本次电子设计实验对精度要求不是非常高,LM324完全满足要求,因此我们这里选用LM 324作为运放元件 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图。 3运放电路基本原理及其Mulitisim仿真 3.1．同相比例运放电路
电压跟随器全解 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
电压跟随器(共集电极电路)电压跟随器是共集电极电路，信号从基极输入，射极输出，故又称射极输出器。基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。这一电路的主要特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，所以叫做电压跟随器。 那么电压跟随有什么作用呢？概括地讲，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。 共集电路的输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。举一个应用的典型例子：电吉他的信号输出属于高阻，接入录音设备或者音箱时，在音色处理电路之前加入这个电压跟随器，会使得阻抗匹配，音色更加完美。很多电吉他效果器的输入部分设计都用到了这个电路。 电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。 电压跟随器常用作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。 电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，即使前、后级电路之间互不影响。
一．LED点阵书写显示屏 光笔电路主要就是一个门限可调的比较器[5]，具体电路图如图6所示。 在图6的光笔电路图中，运放AR4组成一同向放大电器，将采集的电压放大2倍，之所以要将信号放大2倍，主要是在设计光敏二极管探头时，已经在探头上套了一层黑色的橡胶管，放大倍数和探头陷入橡胶管的深度有关，在测试中发现放大2倍时效果是最好的。运放AR2组成的电路就是一个比较器，而且这个比较器的门限电压可以通过调节R5改变，以适应环境光线的改变。在放大器和比较器的输出端都设计了一个跟随器，进一步减小下级电路对前级电路的影响。 图15作品展示图 二．红外车辆检测电路 红外车辆检测电路原理已经在前面做了详细的叙述，电路如图3-2所示： 图3-2红外车辆检测电路 三.音频功率放大器 人耳朵听觉的范围是2HZ～20KHZ，称之为可听声，单只喇叭要覆盖这么宽的频带范围，并且要很好的兼顾高低频两端的延伸、达到低失真、高瞬态、大功率承载能力的话是不可能的，所以就需要分频了，一般低音在300HZ以下，中音在300HZ～3KHZ,高音在3KHZ以上，本作品就是按照2HZ～300HZ，300HZ～3KHZ,大于3KHZ三个频率段来做的。分频电路主要是由RC滤波器和比例放大器组成。工作过程如下：音源器材输入的较微弱信号经过比例放大器后，放大到一定的程度（此放大是对整个信号进行放大），再进行分频。因为信号是由高、中、低频混在一起的，为了达到把原音还原出来的效果，就必须把三个频率段分离出来。分频以后还有一个信号放大电路，作用是将分频后的信号进行放大。这样就可以对高、中、低音进行分别放大，以求达到不同的听觉效果。原理图如下：
1.1 运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图5.2 有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用
图5.3 电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。
常用运放电路及其各类比较器电路
彭发喜，制作 同相放大电路： 运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。 图是同相放大器电路图。 因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。 如果运算放大器的输入偏置电流，则 e1=e2 放大倍数： 原理图：
反相比例运算放大电路图: 1号图： 2号图： 反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。R ￠为平衡电阻应满足R ￠= R1//Rf。 利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则
即 ∴ 该电路实现反相比例运算。 反相放大电路有如下特点 1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。 2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。 3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。 运算放大器减法电路原理： 图为运放减法电路 由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以
由e2输入的信号，放大倍数为 与输出端e0相位相，所以 当R1=R2=R3=R4时 e0=e2-e1 加法运算放大器电路： 加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路. 同相加法电路:由LF155组成。 三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式：
反相加法电路：由运算放大器lm741组成。（lm741中文资料） 反相加法运算电路为若干个输入信号从集成运放的反相输入端引入，输出信号为它们反相按比例放大的代数和。 电压比较器： 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则
三运放组成的仪表放大器电路分析 仪表放大器与运算放大器的区别是什么？ 仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 ?。其输入偏置电流也应很低，典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低， 在低频段通常仅有几毫欧（m?）。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输 出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络，它与其信号输入端隔离。对仪表放大器的两个差分输入端施 加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。 专用的仪表放大器价格通常比较贵，于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器？答案是肯定的。 使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示： 输出电压表达式如图中所示。 看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的？为何上述电路可以实现仪表放大器？下面我们就将探讨这些问题。在此之前，我们先来看如下我们很熟悉的差分电路： 如果R1 ＝ R3，R2 ＝ R4，则VOUT = (VIN2—VIN1)(R2/R1) 这一电路提供了仪表放大器功能，即放大差分信号的同时抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 k?，而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍，即200 k?。因此，当电压施加到一个输入端而另一端接
地时，差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。（这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。）另外，这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密，否则，每个输入端的增益会有差异，直接影响共模抑制。例如，当增益等于 1 时，所有电阻值必须相等，在这些电阻器中只要有一只电阻值有 0.1% 失配，其CMR便下降到 66 dB（2000:1）。同样，如果源阻抗有 100 ?的不平衡将使CMR下降 6 dB。 为解决上述问题，我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示： 以上前置的两个运放作为电压跟随器使用，我们现在改为同相放大器，电路如下所示： 输出电压表达式如上图所示。上图所示的电路增加增益（A1 和 A2）时， 它对差分信号增加相同的增益，也对共模信号增加相同的增益。也就是说，上述电路相对于原电路共模抑制比并没有增加。 下面，要开始最巧妙的变化了！看电路先：
单电源供电运放电路设计 模拟电路设计，在学习中还属于薄弱环节。以设计单电源供电、由运用运放构成、输入方波、输出三角波的电路为例，探讨一下设计中一些需要考虑的问题。 1. 运放双电源供电 运放通常使用正负相等的双电源供电，输入信号和输出信号均以“地”（电位为0）为参考点。 -+o m V +m -V 图 1.1 图1.1双电源供电电路需要关注如下问题： （1）电路的静态（输入信号为0，输入端接地）时，同相、反相输入端直流电位应近似为0（理想为0），输出端为0（0为运放理想情况，实际可能相差较大，因为运放开环具有极高增益、且有运放的失调、R 的差异等）。静态输出不为0的解决办法是：在电容上并联一个100--500倍R 的电阻，使电路在静态时形成-100到-500倍增益的放大电路，选用100—500倍R 的并联电阻，是让RC 的积分特性仍近
似为RC 确定（100-500R 的影响近似忽略）。此时输出静态电压若还有较小的输出静态电位偏差（指不为0），可通过运放的调零电路解决。电路如图1.2所示。 -+o R m V +m -V 图1.2 （2）运放反相输入端的电阻，称为静态平衡（匹配）电阻，主要抵消运放输入电流在输入端产生微小差模直流电压。这里需要注意，运放的两个输入端必须有直流通路，为其提供输入电流，这样运放才能在放大状态下正常工作。LT1226运放内部的输入部分电路见图1.3。除加电源外，只有给运放内部T1、T2的基极适当的直流偏置（适当的直流电位及基极电流），才能工作于放大区。
图1.3 2. 运放单电源供电 运放使用单电源供电，需要将电路的静态工作电位调整到0.5VCC 。即两个输入端及输出端的静态电位均应为0.5VCC 。解决的办法之一是通过两个电阻分压，提供给运放的输入端。类似与晶体管电路中讲 到的分压式负反馈偏置电路，分压电路需要有稳定的分压值，使基极电流的影响可以忽略。电路见图1.4。 -+i v o v R m V +m -V 图1.4
基本运算放大器电路设计
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武汉理工大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：**
创新实验项目报告书 实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14 姓名** 专业电子信息工程 一、实验目的（详细指明输入输出） 1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计 2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差 不大于5% 3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2. 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。 我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。 由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行 2.5V 的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V 的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。
运放设计原理及电路说明 一、集成电路及其特点集成电路是利用氧化，光刻，扩散，外延，蒸铝等集成工艺，把晶体管，电阻，导线等集中制作在一小块半导体（硅）基片上，构成一个完整的电路。按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，其中集成电路运算放大器（线性集成电路，以下简称集成运放）是模拟集成电路中应用最广泛的，它实质上是一个高增益的直接耦合多级放大电路。集成电路的特点1．单个元件精度不高，受温度影响也大，但元器件的性能参数比较一致，对称性好。适合于组成差动电路。2．阻值太高或太低的电阻不易制造，在集成电路中管子用得多而电阻用得少。3．大电容和电感不易制造，多级放大电路都用直接耦合。 4. 在集成电路中，为了不使工艺复杂，尽量采用单一类型的管子，元件种类也要少所以，集成电路在形式上和分立元件电路相比有很大的差别和特点。常用二极管和三极管组成的恒流源和电流源代替大的集电极电阻和提供微小的偏量电流，二极管用三极管的发射结代替5．在集成电路中，NPN管都做成纵向管，β大；PNP管都做成横向管，β 小而PN结耐压高。NPN管和PNP管无法配对使用。对PNP管，β和 （β+1）差别大，IB往往不能忽略。 ?二、集成运放电路的组成及各部分的作用1．组成 ?2．作用如图所示，集成运放电路由四部分组成，输入级是一个双端输入的高性能差动放大电阻，要求其Ri高，Aod大，KCMR大，静态电流小，该 级的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数，所以更新变化最多。中间级的作用是使集成运放具有较强的放大能力，故多采用复合管做放大管，以电流源做集电极负载。输出级要求具有线性范围宽，输出电阻小，非线性失真小等特点。偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点
电压跟随器全解标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
电压跟随器(共集电极电路) 电压跟随器是共集电极电路，信号从基极输入，射极输出，故又称射极输出器。基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。这一电路的主要特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，所以叫做电压跟随器。 那么电压跟随有什么作用呢？概括地讲，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。 共集电路的输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。举一个应用的典型例子：电吉他的信号输出属于高阻，接入录音设备或者音箱时，在音色处理电路之前加入这个电压跟随器，会使得阻抗匹配，音色更加完美。很多电吉他效果器的输入部分设计都用到了这个电路。 电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。 电压跟随器常用作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。 电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，即使前、后级电路之间互不影响。 一．LED点阵书写显示屏 光笔电路主要就是一个门限可调的比较器[5]，具体电路图如图6所示。
在图6的光笔电路图中，运放AR4组成一同向放大电器，将采集的电压放大2倍，之所以要将信号放大2倍，主要是在设计光敏二极管探头时，已经在探头上套了一层黑色的橡胶管，放大倍数和探头陷入橡胶管的深度有关，在测试中发现放大2倍时效果是最好的。运放AR2组成的电路就是一个比较器，而且这个比较器的门限电压可以通过调节R5改变，以适应环境光线的改变。在放大器和比较器的输出端都设计了一个跟随器，进一步减小下级电路对前级电路的影响。 图15 作品展示图 二．红外车辆检测电路 红外车辆检测电路原理已经在前面做了详细的叙述，电路如图3-2所示： 图3-2 红外车辆检测电路 三.音频功率放大器 人耳朵听觉的范围是2HZ～20KHZ，称之为可听声，单只喇叭要覆盖这么宽的频带范围，并且要很好的兼顾高低频两端的延伸、达到低失真、高瞬态、大功率承载能力的话是不可能的，所以就需要分频了，一般低音在300HZ以下，中音在300HZ～3KHZ,高音在 3KHZ以上，本作品就是按照2HZ～300HZ，300HZ～3KHZ,大于3KHZ三个频率段来做的。分频电路主要是由RC滤波器和比例放大器组成。工作过程如下：音源器材输入的较微弱信号经过比例放大器后，放大到一定的程度（此放大是对整个信号进行放大），再进行分频。因为信号是由高、中、低频混在一起的，为了达到把原音还原出来的效果，就必须把三个频率段分离出来。分频以后还有一个信号放大电路，作用是将分频后的信号进行放大。这样就可以对高、中、低音进行分别放大，以求达到不同的听觉效果。原理图如下：
从虚断，虚短分析基本运放电路 运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！ 今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接
近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖 丁解牛”了。 1）反向放大器： 图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。 流过R1的电流：I1 = (Vi - V-)/R1 ………a 流过R2的电流：I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ………………c I1 = I2 ……………………d
单电源运放图集 前言 前段时间去福州出差，看到TI的《A Single-Supply Op-Amp Circuit Collection》这篇文章，觉得不错，就把它翻译了过来，希望能对大家有点用处。这篇文章没有介绍过多的理论知识，想要深究的话还得找其他的文章，比如象这里提到过的《Op Amps for Everyone》。我的E文不好，在这里要感谢《金山词霸》。 ^_^ 水平有限（不是客气，呵呵），如果你发现什么问题请一定指出，先谢谢大家了。 E－mail：wz_carbon@https://www.doczj.com/doc/ef4506280.html, 王桢 10月29日
介绍 我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是他们都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。 在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。 1． 1电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC －，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。 绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限V om以及最大输出摆幅。 单电源供电的电路（图一中右）运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在V om之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明V oh和V ol。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。（参见1.3节） 图一 通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电电压也可以是3V也或者会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中使用的运放基本上都是Rail－To－Rail的运放，这样就消除了丢失的动态范围。需要特别指出的是输入和输出不一定都能够承受Rail－To－Rail的电压。虽然器件被指明是Rail－To －Rail的，如果运放的输出或者输入不支持Rail－To－Rail，接近输入或者接近输出电压极限的电压可能会使运放的功能退化，所以需要仔细的参考数据手册是否输入和输出是否都是Rail－To－Rail。这样才能保证系统的功能不会退化，这是设计者的义务。1. 2虚地
由运放组成的V/I、I/V变换电路 1、0－5V/0－10mA的V/I变换电路 图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号，A1是比较器．A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi 与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压VL，V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时,可实现0－5V/0－10mA的V/I 转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。 2、0－10V/0－10mA的V/I变换电路 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以 V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4， 得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf ＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实
熟悉运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法 2、了解其主要特点，掌握运用虚短、虚断的概念分析各种运算电路的输出与输入的函数关系。 3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函数关系。 学习重点：应用虚短和虚断的概念分析运算电路。 学习难点：实际运算放大器的误差分析 集成运放的线性工作区域 前面讲到差放时，曾得出其传输特性如图，而集成运放的输入级为差放，因此其传输特性类似于差放。 当集成运放工作在线性区时，作为一个线性放大元件 v o=A vo v id=A vo(v+-v-) 通常A vo很大，为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证v o不超出线性围。 对于工作在线性区的理想运放有如下特点： ∵理想运放A vo=∞，则 v+-v-=v o/ A vo=0 v+=v- ∵理想运放R i=∞ i+=i-=0 这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。 已知运放F007工作在线性区，其A vo=100dB=105 ,若v o=10V，R i= 2MΩ。则v+-v-=?，i+=?，i-=?
可以看出，运放的差动输入电压、电流都很小，与电路中其它电量相比可忽略不计。 这说明在工程应用上，把实际运放当成理想运放来分析是合理的。 返回 第二节基本运算电路 比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路，如图8.1所示。后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。v o∝ v i：v o=k v i(比例系数k即反馈电路增益 A vF,v o=A vF v i) 输入信号的接法有三种： 反相输入（电压并联负反馈）见图8.2
同相输入（电压串联负反馈）见图8.3 差动输入（前两种方式的组合） 讨论： 1）各种比例电路的共同之处是：无一例外地引入了电压负反馈。 2）分析时都可利用"虚短"和"虚断"的结论： i I=0、v N=v p。见图8.4
1前言1 2二级运算放大器电路 1 2.1电路结构 1 2.2设计指标 2 3 Cadence仿真软件 3 3.1 schematic原理图绘制 3 3.2 生成测试电路 3 3.3 电路的仿真与分析 4 3.1.1直流仿真 4 3.1.2交流仿真 4 3.4 版图绘制 5 3.4.1差分对版图设计 6 3.4.2电流源版图设计 7 3.4.3负载MOS管版图设计 7 3.5 DRC & LVS版图验证 8 3.5.1 DRC验证 8 3.5.2 LVS验证 8 4结论 9 5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。 关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。 Abstract In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one. Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
电压跟随器实验测试 1. 原理及作用：电压跟随器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，是最常用的阻抗变换和匹配电路。电压跟随器常用作电路的输入缓冲级和输出缓冲级，如图所示。作为整个电路的高阻抗输入级，可以减轻对信号源的影响。作为整个电路的低阻抗输出级，可以提高带负载的能力。 由于集成运放具有极高的开环增益，所以集成运放电压跟随器的性能非常接近理想状态，并且无外围元件，无须调整，这是晶体管电压跟随器（射级跟随器）所无法比拟的。集成运放电压跟随器得到了越来越广泛的应用。 集成运放电压跟随器电路如图所示。它实际上就是Rf=0，R1=∞，反馈系数F=l时的同相输入放大器。由于集成运放本身的高增益特性，用集成运放构成的电压跟随器具有极高的输入阻抗，几乎不从信号源汲取电流，同时具有极低的输出阻抗，向负裁输出电流时几乎不在内部引起电压降，可视为电压源。
电压跟随器的等效电路： 若在同相放大器中的置R1=∞和R2=0,就是成为单位增益放大器，或电压跟随器如图1.8（a）所示。值得注意的是，这个电路有运算放大器和将输出完全反馈到输入的一根导线所组成。这种闭环参数是： 等效电路如图（b）所示，作为一个电压放大器，这个跟随器并没有尽职，因为它的增益仅仅为1。然而，它的特长是起到一个阻抗变换的作用。因为从它的输入看进去，它是一个开路；而从它的输出端看进去是短路，源值为V0=Vi。 为了领会这个特点，现在考虑一个源，其电压为Vs，要将其跨接在某一个负载
RL上。如果这个源始理想的，那么要做的就是用一根导线将两者连接起来。然而，就是这个源有非零输出电阻Rs，如下图（a）所示，那么Rs和RL将构成电压分压器，VL的幅度一定会小于Vs的幅度，这是由于在Rs上的压降关系。现在用一个电压跟随器来替换这跟导线如图（b）所示，因为这个跟随器有Ri=∞，在输入端部存在加载，所以VI=VS。再者，因为跟随器有Ro=0，从输出端口也不存在加载，所以VL=VI=VS，这表明现在RL接受了全部原电源电压而且无任何损失。因此，这个电压跟随器的作用就是在源和负载之间起到一个缓冲作用。 还能观察到，现在源没有输送出任何电流，所以也不存在功率损耗，而在上图（a）电路中却存在。由RL所吸收的电流和功率现在是由运算放大器提供的，而则个还是从运算放大器的电源取得的，不过在图中并没有明确表示出来。因此，除了将UL完全恢复到VS值之外，跟随器还免除了Vs提供任何功率。 2.实验器材: （1）：函数信号发生器（2）:双踪示波器 （3）：UA741 （4):直流稳压电源（+12V,-12V）（5）：导线若干 3.性能测试： (1）测量电压放大倍数Au 在IN+端接入不同正弦信号，调输入信号幅度，用示波器测量输出端的信号频率及幅度，在不失真情况下，通过公式Au=Vo/Vi计算增益。测量数据计入下表。 （2）根据以上结果，分析设计跟随器的跟随特性。
目录 摘要 (2) 第一章引言 (3) 第二章基础知识介绍 (4) 2.1 集成电路简介 (4) 2.2 CMOS运算放大器 (4) 2.2.1理想运放的模型 (4) 2.2.2非理想运算放大器 (5) 2.2.3运放的性能指标 (5) 2.3 CMOS运算放大器的常见结构 (6) 2.3.1单级运算放大器 (6) 2.3.2简单差分放大器 (6) 2.3.3折叠式共源共栅(Folded-cascode)放大器 (7) 2.4版图的相关知识 (8) 2.4.1版图介绍 (8) 2.4.2硅栅CMOS工艺版图和工艺的关系 (8) 2.4.3 Tanner介绍 (9) 第三章电路设计 (10) 3.1总体方案 (10) 3.2各级电路设计 (10) 3.2.1第三级电路设计 (10) 3.2.2第二级电路设计 (11) 3.2.3第一级电路设计 (12) 3.2.4三级运放整体电路图及仿真结果分析 (14) 第四章版图设计 (15) 4.1版图设计的流程 (15) 4.1.1参照所设计的电路图的宽长比，画出各MOS管 (15) 4.1.2 布局 (17) 4.1.3画保护环 (17) 4.1.4画电容 (17) 4.1.5画压焊点 (18) 4.2 整个版图 (19) 第五章 T-Spice仿真 (21) 5.1提取T-Spice文件 (21) 5.2用T-Spice仿真 (24) 5.3仿真结果分析 (26) 第六章总结 (27) 参考文献 (28)
摘要 本次专业综合课程设计的主要内容是设计一个CMOS三级运算跨导放大器，该放大器可根据不同的使用要求，通过开关的开和闭，选择单级、两级、三级组成放大器，以获得不同的增益和带宽。用ORCAD画电路图，设计、计算宽长比，仿真，达到要求的技术指标，逐级进行设计仿真。然后用L-Edit软件根据设计的宽长比画版图，最后通过T-Spice仿真，得到达到性能指标的仿真结果。 设计的主要结果归纳如下： （1）运算放大器的基本工作原理 （2）电路分析 （3）设计宽长比 （4）画版图 （5）仿真 （6）结果分析 关键词：CMOS运算跨导放大器；差分运放；宽长比；版图设计；T-Spice仿真