运算放大器基本仿真实例

【实例简介】
运算放大器设计仿真必备，运算放大器各种参数仿真的详细电路。希望对大家有用。
ac dec 10 1 1200meg VINT OUT 257AC=1y V2 2.5 图2:开环增益的输入激励 3)仿真结果 ===== T·= 100 100]k 图3:开环增益图 2.频率响应和相位裕度: 1)频率响应和相位裕度反映了运放正常工作的范围和工作的稳定性,相位 裕度至少大于45度。可以看见通过增加弥勒电容和弥勒电阻的频率补偿 回路,电路的相位裕度达到了要求 )输入激励: vCcⅴcc05 vbias bias o 1. 2 vinl inlo 2.5 in2 in2025 ac 1 ac dec 10 1 1200meg OUT 257AC=1V |2 图4:频率响应仿真激励 3)仿真结果 在增加补偿回路前,在增益低至0前,相位已经超过-180度,工作不稳定。 w11amp3 图5:补偿前的频率响应 加入补偿后,相位裕度已经超过60度,运放可以稳定工作 p上 r--- ----- uuuuuuu 图6:补偿后的频率响应图 3.输入失调电压 1)由于运放的电路不对称和工艺制造的误差造成的输出电压为0时,输入 inl,in2有一个小的失调电压。而对于单端输出运放来说,根据GRAY对单端输 出的运放输入失调屯压的界定:当vout=vcc/2吋,两个输入输出端的电压的差 值。本仿真就是采用GRAY的界定。 2)仿真方法:使负端接直流偏置,正端在偏置电压附近倣直流扫描,在-10度 到120度的范围内,取vout=vcc/2的点,得到不同温度卜的失调电压。仿真失 调电压不一定要仿真随温度的变化,也可以仿真随电源电压的变化,也可以单取 一点,而不做曲线。另外一种可选的方法就是把电路连接成单位增益形式,然后 再从正端做硝描,看vout输出曲线和输入之间平行段的垂直电压差值。这个方 法不甚严密,但是也可以仿真出和上面一种方法相近似的结果 vcC vcc05 vbias bias o1. 5 temp xp vinl inl o 2.5 vine in2 o DC VIN2 23v 2.7 0. Im sweep xp-40 125 1 MEAS DC Y1 WHEN V(OUT2)=par( V(Vcc/2') MEAs DC VoS param-Y1-V(IN1) end VOUTEVCCI2 √|N1 VINZ ￥l|2 图7 offset仿真激励 3)结果分析 ="P=====--- ====4=========H==========L 图8失调电压 由于在偏萓管是直接加的一个直流偏置,而在实际的工作中,偏置电压是由 基准模块提供的,此电压会随着温度和vcc的变化而变化,所以在实际的工作中 失调电压会比这次的值更人一些 NOTE:实际的失调电压是没有办法从仿真中获得的,上面仿真出来的大多 是系统失调电压,这个数值一般从u级到mV级之间,现在在工程上有一和模拟 仿真系统失调电压的方汯,就是把运放的输入对管分别向相反方向改变最小线宽 长度,比如说有一运放,其输入对管为ML,M2,W/L=10/5M=5,那么在仿真 的时候可以做可以的拉偏处理,使(W)Ⅵ1=9.5/5M=5,(W/L)M2=10.5/5M=5, 再反向拉偏,就可以得到两组模拟实际情况的失调电压值。注意,这里只是模拟, 不是实际的失调电压。 共模输入电压范围利共模输岀电压范围 1)共模输入范围是指运放正常工作吋输入电压的范围,如果过高会造成连接 eC的m3,畦4进入线形区,同理,如果输入电压过低,会造成连接gnd的 m5进入线形区。输岀范围是指在输入的激劢下,输出电压可以达到的摆幅。 2)激励:仿真是通过对运放进行单位增益连接实现,共模输入正常工作范围 内,输入和输岀电压基本相等,并且电流镜的偏萓电流在大模输入范围内 应该保持一个人致恒定的值。 IN1 /|N1 |N2 251 9共模输入输出仿真激励图 vbias bias o 1.2 vine in2025 dc vin2-2501 print v(米)i( 3)仿真结果: 从图屮可以看岀,闭环条件下,满足上述条件的共模输入和输出电压范围在 6v到44v之间。 」二_二 ====== T产T ①i)(x 图10共模输入输出电压范围 5.共模增益 1)共模信号的放人系数,因为运放需要抑制共模信号,所以此增益越小越好 2)激励 把in1和in2连接到一起,加上交流信号。 VCcVCC vbias bias o 1. 2 vin2 in20 2.5 ac I c dec 10 1 200meg print ac vdb(*) print V()i(来) YOUT YINg kIN2 2.总AC=17 图11共模输入增益的激励 )仿真结果: ====L=======a==二-----二 T Ty Frequercy FREQUENO 图12:共模增袷 1)共模增益的抑制和改进 如上图所示,共模增益在低频的时候接近10分贝,这样电跻抑制垬模信号的能 丿是比较差的,所以要通过増加输入管的宽长比的方法,这样会使对共模信号的 抑制能力增强 已4nm -+---- 100 图12:改进后的共模增益图 6.共模抑制比 1)反映对输入噪声的抑制能力,是差模的増益除共模増益旳值,此值越大越好。 2)激励: VCC VCC vbias bias o l 5 vinl inl oul2o ac 1 vin2 in2025 ac 1 ac dec 10 1 200meg print ac vdb(k) AC=1 VIN / N2 25AC=1+N2 图13,共模抑制比激励图 4)仿真结果和分析改进 Frequenct (log)R3Q吧E 图14,共模抑制比 最初仿真出来的共模抑制比比较小,这里做了两个改进,一,如上面说的, 调节了输入管减小了垬模的增益,第二,根据共模抑制比的计算公式分析,要加 大抑制比,还需要增加m3,m4的等效电阻和减小m5的等效电阻值,这个需要调 【实例截图】
【核心代码】