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集成电路课程设计
基于Spectre运算放大器的设计
扬州大学物理科学与技术学院微电子系
郭鹏飞于2013年12月2日编写
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第一章 运算放大器概况
第一节 运算放大器
运算放大器(operational amplifier)，简称运放(OPA)，如图1.1.1。
图1.1.1 运放示意图
运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。
第二节 理想运算放大器
实际运放的开环电压增益非常大，可以近似认为A=∞和e=0。此时，有限增益运放模型可以进一步简化为理想运放模型，简称理想运放。如图1.2.1。
图1.2.1 理想运放模型
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一、理想运算放大器的主要特征
(1) 差模电压增益Aod=∞；
(2) 共模抑制比CMRR=∞（共模增益=0）；
(3）差模、共模输入电阻Rid、Ric=∞，偏置电流Iib=0； (4) 输出电阻Ro=0；
(5) 失调电压Uos、失调电流Ios，以及它们的温度系数均为0； (6) 转换速率SR=∞；带宽=∞； (7) 干扰或噪声均为 0。
二、理想运算放大器的虚短和虚断
(1)虚短
“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。对于实际应用中的运算放大器，在闭环工作时“虚短”才成立。
因为运算放大器的电压放大倍数非常大,而运放的输出电压是有限的，所以运放的差模输入电压很小，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。 (2)虚断
“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。
因为运算放大器的差模输入电阻非常大，所以流入运算放大器输入端的电流往往较小，远小于输入端外电路的电流。故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。
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