运算放大器电路仿真设计

运算放大器电路:

运算放大器为双端输入单端输出的结构，可以在满足输入和输出摆幅的情况下实现一定的电压增益 （考虑其值是多少时满足性能要求） 。首先确定所采用管子的宽度 （所有晶体管的沟道长度不必为同一值） ，手工设计：根据拟定的设计指标，确定满足指标的运算放大器各元件的尺寸和所需要的偏置电流的大小（可能需要迭代）.

确定运放的最终性能参数：

a) 开环增益的幅频和相频响应；

b) CMRR 的频率响应；

c) PSRR的频率响应；

d) 共模输入范围；

e) 输出电压摆幅；

f) 压摆率；

g) 建立时间；

h) 噪声；

i) 功耗；

仿真电路可仿真放大器的交流特性和瞬态特性。采用闭环电路仿开环的方法，通过 R0 形成负反馈通路从而确定输出共模电平 （此时的共模电平实际是 V1 的直流值），并稳定直流偏置。电路选择 RC 时间常数的倒数与 Av 的乘积小于运放预期的主极点是必须的， 即选择大电阻和大电容值 （选择 1G 欧姆电阻和 1mf 电容） 。

由于反馈电阻的大阻值，输入的共模会自动调整到和输入 V1 相等。输入为正弦波形对其进行相应设置来满足功能， 主要包括直流电压值提供输入端的直流偏置、交流 AC 幅值和相位 （通常为 1V，相位默认为 0）、瞬态电压幅值频率和相位值。

直流增益为 25dB，相位裕度为55° 满足稳定性要求

.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时该图中增益最大

.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

输入共模CMR仿真测试电路：

射极输出器结构，输出应该与输入相等，斜率为“1”

无论运放的开环还是闭环模式都可以定义输入输出共模范围， 因为运放常工作在闭环状态，这种测量使输入输出 CMR 更敏感。单位增益结构对于测量和仿真输入 CMR 是有用的。

传输曲线的线性部分对应于输入共模电压范围的斜率是 1.

输出共模范围仿真测试电路：

在单位增益结构中，传输曲线的线性受到 ICMR 的限制。若采用高增益结构，传输曲线的线性部分与输出电压摆幅一致。