两级运算放大器设计.docx

两级运算放大器设计运算放大器的仿真分析结果如下。 静态工作点： 运放的输入失调电压仿真 通过仿真运放的直流传输特性是测量其输入失调电压。运放的电源电压为5V，在开环状态下，其反相端接2.5V直流电压，同相端加从2.45V到2.55V的直流扫描电压，做DC仿真得到的运放的直流传输特性如图7.19所示，其输入失调电压为3mV，满足了通用运放失调电压的要求。 图7.19 运放的直流传输特性分析 运放的共模输入范围 运放的共模输入范围是运放的输入输出跟随特性。运放的电源为5V，运放的反相端和输出相连，构成缓冲器；同相端加直流扫描从0到5V，经仿真得到的运放输入输出跟随特性如图7.20所示，其输入共模电压范围从0.1V到4.6V，满足了设计指标的要求。 图7.20 运放的共模输入范围 运放的输出电压摆幅特性 运放的输出电压摆幅特性是仿真运放的输出电压最大值和最小值。运放的输出电压摆幅特性仿真电路如图7.21所示，其反相比例放大器增益为10。 1M 10M +5V Vout Vin+2.5V 图7.21 运放的输出电压摆幅特性仿真电路 正输入端接2.5V的直流电压， Vin 输入端加从0到5V的直流扫描电压，经仿真得到的运放输出电压摆幅特性见图7.22，运放的输出电压摆幅是从0到5V，满足了运放指标对输出电压摆幅的要求。 图7.22 运放的输出电压摆幅特性 运放的小信号相频和幅频特性 运放的小信号相频和幅频特性是仿真运放的开环小信号放大倍数及其相位随频率的变化趋势，从而得到运放的相位裕度和单位增益带宽指标，并进一步鉴别运放的放大能力、稳定性和工作带宽。 运放的输出端接2pF的负载电容，电源电压为5V，共模输入电压为2.5V，差模输入幅度为1V的交流信号，即两输入端的输入交流信号相位相反。做交流小信号分析，可以得到运放的小信号相频和幅频特性如图7.23所示。从仿真结果可以看出，运放采用RC补偿，在满足单位增益带宽的同时，能很好的调节相位裕度。运放的低频开环增益为85dB，单位增益带宽为225MHz，相位裕度为78度，其中，低频开环增益和单位增益带宽这两项仿真结果远高于运放指标的要求。 图7.23 运放的小信号相频和幅频特性 运放的转换速率分析 运放的转换速率是分析运放在大信号作用下的反应速度。仿真运放的转换速率可将运放的输出端和反相输入端相连构成单位增益结构。运放的同相输入端输入2V到3V的阶跃信号，利用仿真软件对该电路做瞬态分析得到的输出波形见图7.24，从仿真波形得到：在输出上升曲线的10%和90%处，其电压分别为2.90084V和2.10035V；时间分别为0.99732ns和7.7296ns。运放的转换速率SR=118V/s，满足运放的转换速率的指标要求。 图7.24 运放的转换速率分析 运放的共模抑制比分析 运放的共模抑制比是测试运放对共模信号的抑制能力。仿真方法是在运放的开环状态下，在运放的同相和反相输入端同时加入一个幅度为1V的交流小信号源，对电路进行交流小信号分析，仿真结果如图7.25所示。从仿真结果可得，运放的低频共模电压增益为3.043dB。因为运放的共模抑制比等于其差模电压增益减去共模电压增益，差模电压增益是85dB，所以运放的共模抑制比近似为82dB，大于运放的指标要求值。 图7.25 运放的共模抑制比分析 运放的电源电压抑制比分析 运放的电源电压抑制比是测试运放的抗电源电压波动或噪声能力。仿真运放的电源抑制比的方法：将运放接成单位增益结构，运放的正输入端设置2.5V的直流电压，在5V的运放供电电源串联一个1V的交流小信号源。通过交流小信号分析得到运放的电源抑制比特性曲线如图7.26所示，所以运放的电源抑制比为85dB，满足指标的要求。 图7.26 运放的电源抑制比分析