運算放大器電路仿真設計

運算放大器電路:

運算放大器為雙端輸入單端輸出的結構，可以在滿足輸入和輸出擺幅的情況下實現一定的電壓增益 （考慮其值是多少時滿足性能要求） 。首先確定所采用管子的寬度 （所有晶體管的溝道長度不必為同一值） ，手工設計：根據擬定的設計指標，確定滿足指標的運算放大器各元件的尺寸和所需要的偏置電流的大?。赡苄枰?

確定運放的最終性能參數：

a) 開環(huán)增益的幅頻和相頻響應；

b) CMRR 的頻率響應；

c) PSRR的頻率響應；

d) 共模輸入范圍；

e) 輸出電壓擺幅；

f) 壓擺率；

g) 建立時間；

h) 噪聲；

i) 功耗；

仿真電路可仿真放大器的交流特性和瞬態(tài)特性。采用閉環(huán)電路仿開環(huán)的方法，通過 R0 形成負反饋通路從而確定輸出共模電平 （此時的共模電平實際是 V1 的直流值），并穩(wěn)定直流偏置。電路選擇 RC 時間常數的倒數與 Av 的乘積小于運放預期的主極點是必須的， 即選擇大電阻和大電容值 （選擇 1G 歐姆電阻和 1mf 電容） 。

由于反饋電阻的大阻值，輸入的共模會自動調整到和輸入 V1 相等。輸入為正弦波形對其進行相應設置來滿足功能， 主要包括直流電壓值提供輸入端的直流偏置、交流 AC 幅值和相位 （通常為 1V，相位默認為 0）、瞬態(tài)電壓幅值頻率和相位值。

直流增益為 25dB，相位裕度為55° 滿足穩(wěn)定性要求

.param v1=2 v2=1

*vin IN GND DC 0.5 AC 2 90

vin IP GND DC v1 AC v2

*.ac DEC 10000 1 10000MEG

.ac dec 10000 1 1000MEG sweep lin v1 0.5 4 0.5

直流1V，交流1V時該圖中增益最大

.param v1=1 v2=1

*vin IN GND DC 0.5 AC 2 90

vin IP GND DC v1 AC v2

*.ac DEC 10000 1 10000MEG

*.ac dec 10000 1 1000MEG sweep lin v1 0.5 4 0.5

.ac dec 10000 1 1000MEG sweep lin v2 0.5 4 0.5

*.ac DEC 10000 1 10000MEG sweep load 1f 100f 10f

.print ac vdb(OUT) vp(OUT)

*.print ac vm(OUT) vp(OUT)

*.print ac vdb(OUT) 'vp(OUT)+180'

• Vdb=20lg （vout/vin ）

DC ANALYSIS - temperature=25.0

v(IN) = 1.1011e+000

v(IP) = 1.0000e+000

v(N2) = 3.3708e+000

v(N29) = 5.6884e-002

v(N3) = 2.1772e-001

v(N4) = 3.8977e+000

v(N6) = 2.1050e+000

v(OUT) = 1.1011e+000

v(Vdd) = 5.0000e+000

v(VN) = 1.2996e+000

i(vin) = 0.0000e+000

i(vvdd) = -1.2953e-004

vin in Gnd sin 1.0 1.0 1000 0.0 0.0 0.0

vin in Gnd sin v1 1.0 1000 0.0 0.0 0.0

v1=0.5\\1\\1.5

vin in Gnd sin 0.5 v2 1000 0.0 0.0 0.0

v1=0.5\\2.5\\2.0\\1.5\\1.0

輸入共模CMR仿真測試電路：

射極輸出器結構，輸出應該與輸入相等，斜率為“1”

無論運放的開環(huán)還是閉環(huán)模式都可以定義輸入輸出共模范圍， 因為運放常工作在閉環(huán)狀態(tài)，這種測量使輸入輸出 CMR 更敏感。單位增益結構對于測量和仿真輸入 CMR 是有用的。

傳輸曲線的線性部分對應于輸入共模電壓范圍的斜率是 1.

輸出共模范圍仿真測試電路：

在單位增益結構中，傳輸曲線的線性受到 ICMR 的限制。若采用高增益結構，傳輸曲線的線性部分與輸出電壓擺幅一致。