【正文】 如放大電路對不同頻率信號的幅值放大不同，就會引起幅度失真；如放大電路對不同頻率信號產(chǎn)生的相移不同就會引起相位失真。例如在電源電壓為 5V、環(huán)境溫度為 25℃ 時，高電平失落電壓差為 ，低電平失落電壓差為 520mV，那么由它搭成的放大電路的輸出電壓的上下限，就是 。 （ 1） 、 小信號放大 分析 圖 顯示的是設(shè)計電路中小信號放大時的 小 信號源，也就是差動放大器的一個輸入端 所加的信號源 。 (8)、直流靈敏度分析 DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = DEG C DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(OUT2) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED NAME VALUE SENSITIVITY(絕對 ) SENSITIVITY（相對） (VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT) V_V1 +00 +03 +02 V_V2 +00 +03 +02 V_V3 +01 +00 從仿真結(jié)果可以看出 ， V1 的靈敏度最高，也就是說獨立電壓源 V1 對 輸出端 out2 的影響最為明顯。 (4)、電壓源電流 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1 V_V2 +00 V_V3 +00 當(dāng) 差動輸入的兩個端口沒有電流時，才能正確分析和仿真電路的性能，如 有額外電流，將會影響整個電路的性能，以致無法對電路進行分析。 新建設(shè)計項目 （ Project） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 電路圖模擬基本過程 直流工作點分析 在直流工作點分析的過程中 ， PSpice 將電路中的電容開路，電感短路，對各個信號源取其直流電平值， 然后用迭代的方法計算電路的直流偏執(zhí)狀態(tài)。 （ 3） 、電路特性分析類型和分析參數(shù)設(shè)置 生成電路圖以后，需根據(jù)電路設(shè)計任務(wù)確定要分析的電路特性類型并設(shè)置于分析有管的參數(shù)。該軟件中的 Probe 模塊，不但可以在模擬結(jié)束后顯示結(jié)果信號波形，而且可以對波形進行各種運算處理，包括提取電路特性參數(shù)，分析電路特性參數(shù)與元器件參數(shù)的關(guān)系。 OrCAD特點 采用 OrCAD 軟件具有 以 下的優(yōu)點： (1)、 高集成性 ； (2)模塊化、層次化設(shè)計和按項目有效管理 ； (3)、 強大的電路模擬和波形顯示功能 ； (4)、 豐富的元器件模型庫和封裝庫及擴充功能 ； (5)、 強大的電路印制板設(shè)計功能 ； (6)、 具有與多種 EDA 和 CAD 應(yīng)用軟件交換數(shù)據(jù)的功能 ； (7)、 功能強大的機械接口和計算機輔助加工接口 ； (8)、 軟件的廣 泛適用性 。 在 滿足兩級 CMOS 運放性能指標(biāo)要求 的基礎(chǔ)上，通過 對各級模塊的合理選擇，對 設(shè)計電路的原理 進行 分析， 完成了兩級 CMOS 運放電路的設(shè)計。 功耗校驗。 總增益 式 () 已知 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 式 () 故 選 ID5Q =ID6Q =80uA（ 在 輸出級為加大驅(qū)動能力，電流選大些）。 根據(jù)對單位增益寬帶的要求，計算差動放 大器 MOS管的寬長比 。電路特點是通過兩級結(jié) 構(gòu)可以同時滿足增益和輸出擺幅的要求，即第一級 提供高增益，可以犧牲擺幅，第二級彌補擺幅，同時進一步增大增益。 N 溝道 MOS 場效應(yīng)管 M M9 為電路的正常工作提供偏置電流。偏置電路的主要作用是 為多級放大器的各級設(shè)置合適的工作點，有時還作為放大器的有源負載。 共源放大器 電路 如 圖 所示 ： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 M1VoutVinM2Vs sVddVGG 圖 共源放大器的電路圖 圖中的 P 溝 道 MOS 管 M2 是 N 溝道 MOS 管的 M1 的有源負載。由 于 Vgs1=Vds1=Vgs2, 兩 MOS管具有相同的柵 源電壓 ， 并 且假定 M3與 M4管的寬長是相等的 ， 所以在忽略溝道長度調(diào)制的條件下，我們認為他們的漏電流是相等的，即 。因此，利用兩級放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計放大器的思想在通用運放的設(shè)計中被廣泛采用。 論文選題 的意義 運算放大器大多數(shù)呈現(xiàn)出一級特性，使輸入對管產(chǎn)生的小信號電流直接流過輸出阻抗。 CMOS 集成工藝 隨著 CMOS工藝的進步， CMOS集成電路具有低的靜態(tài)功耗、寬的電源電壓范圍、寬的輸出電壓幅度，無閾值損失，且具有高速度、高精度的潛力， 又可和 NMOS集 成電路一樣與 TTL電路兼容， 以及 其低成本已經(jīng)成為集成電路的主流。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 低功耗型運算放大器 由于電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相 適用。用 FET 作輸入 級 ， 不僅輸入阻抗高 ， 輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點，但輸入失調(diào)電壓較大。經(jīng)過特殊設(shè)計的運放可以允許輸入電位在從負電源到正電源的整個區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負電源也被允許。當(dāng)電壓加 U加在 a 端 和公共端 之間 ，且其實際方向從 a 端高于 公共端時，輸出電壓 U實際方向則自公共端指向 o 端，即 兩者的方向正好相反當(dāng)輸入電壓 U+加在 b 端 和公共端之間， U 與 U+兩者的實際方向 相對公共端恰好相同。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 運算放大器（常簡稱為 “ 運放 ” ）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。近年來 ，隨著 SOC的發(fā)展 ，混合信號集成電路得到了廣泛應(yīng)用，并且其相關(guān)技術(shù)飛速 發(fā)展 。 Abstract.......................................................................................................................................II ......................................................................................................................................... 1 運算放大器 .................................................................................................................. 1 運算放大器概述 ............................................................................................... 1 運算放大器發(fā)展歷史 ....................................................................................... 1 運算放大器原理與類型 ................................................................................... 2 CMOS 集成工藝 ........................................................................................................... 4 論文選題的意義 .......................................................................................................... 5 CMOS 運算放大器的設(shè)計 ............................................................................................. 6 兩級 CMOS 運算放大器的組成模塊選擇原則 ....................................................... 6 第一級放大模塊 .............................................................................................. 7 第二級放大模塊級輸出模塊 .......................................................................... 8 偏置及補償模塊 ............................................................................................ 10 兩級 CMOS 運放電路 ............................................................................................. 10 兩級 CMOS 運放的電路結(jié)構(gòu) ......................................................................... 10 兩級 CMOS 運放的工作原理 ........................................................................... 12 兩級 CMOS 運放的參數(shù)計算 ................................................................................. 12 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù) ............................................................................................. 12 工藝參數(shù)的計算 ............................................................................................. 13 小結(jié) ............................................................................................................................ 19 CMOS 運算放大器的電路仿真 ................................................................................... 20 仿真環(huán)境 OrCAD ....................................................................................................... 20 直流工作點分析 ....................................................................................................... 23 瞬態(tài)特性分析 ........................................................................................................... 28 頻率特性分析 ........................................................................................................... 32 小結(jié) ...........................................................................................................