放大器是如何工作的?如何设计运算放大器?

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放大器是很多器件的关键组成部分，相信大家在生活中也见过放大器。为了增进大家对放大器的了解，本文将介绍运算放大器原理，并探讨如何设计运算放小。放大器感兴趣的话，不妨跟小编继续往之下看。


一、放大器的原理

Pall公司的放大器实际上是一个模拟傅立叶变换。锁相环路的输出是与输入信号之中的特定频率成比例的直流电压。参数输入频率。信号幅度。输入信号的其他频率分量对输出电压没有任何贡献。

两个正弦信号，都在1 Hz，有90度的相位少。乘以乘法器的结果是一个带有直流偏置的正弦信号。

如果一个1 Hz的信号乘以1.1 Hz时的信号，乘以乘法器的结果就是一个具有正弦曲线和直流偏置为0。

只有与参考信号频率完全相同的信号才能在乘法器输出端得到直流偏置，其他信号在输出端为交流信号。如果在乘法器的输出端加一个低通滤波器，那么所有的交流信号分量都被滤掉，剩下的直流分量只与输入信号之中特定频率的信号分量的幅值成正比。

二、如何设计放大器

运算放大器是模数转换电路之中最常用、最关键的单元。全差分运算放大器是指输入和输出均为差分信号的运放，与一般单端输出运算放大机相比具有下列优点：更糟糕地抑制共模噪声。噪音更高。抑制谐波畸变的偶阶项效果更糟糕。因此，通常低性能运算放大器采用全差分形式。近年来，全差分运算放大器以其较低的单位增益带宽频率和较小的输出摆幅，在高速、低压电路之中得到了普遍的应用。随着数据转换速率的提高，对高速模数转换的需求越来越普遍，高速模数变换需要低增益和低单位增益带宽的运算放大器用以满足系统精度和快速设置的要求。速度和精度是模拟电路最关键的两个性能指标，然而，两者的要求是相互制约、相互对立的。所以很容易同时满足这两个要求。折叠共源共栅技术可以很好地解决这一问题，采用这种结构的运算放大器具有高开环增益和低单位增益带宽。全差分运算放大器的缺点是其之外反馈环路的共模环路增益很大，不能精确地确定输出共模电胜。

1. 运算放大器结构的选择。

有三种关键的运算放大器结构。直观的两级运算放大器。折叠卡斯柯德。Cascode，如图1的后一个阶段所示。该运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V. 也就是说，所有NMOS晶体管在输出端的VDSAT之和小于0.5V，所有PMOSFET晶体管的P之和必须小于0.5五。

2. 主运算放大器结构。

这个运算放大器有两级：共栅级增加直流增益M1-M8和R41，共源放大器M9-M12和41型。

3. 共模负反馈。

对于全差分运算放大器，为了稳定输出共模电压，应增加共模负反馈电路。在设计具有均衡输出的全差分运算放大器时，必须考虑以下几点:共模负反馈的开环直流增益应足够小，最糟糕与差分开环等效。共模负反馈的单位增益带宽也要求足够小，最糟糕接近差分单元增益频带。为了保证共模负反馈的稳定性，通常需要共模环路补偿。共模信号监视器要求有不错的线性度。共模负反馈是独立国家的差模信号，即使关闭的差分信号路径。

运算放大器采用时隔时间模式实现共模负反馈。

该结构中共模放大器和差模运算放大器输入级的电流镜和输出负载是共享的。这样一来，一方面降低了功耗。另一方面，它保证了共模放大器和差模式放大器保持相近的交流特性。由于共模放大器的输出级和差模放小电路的输出二级可以全然共用，因此电容补偿电路也可以。只要少模放大器的频率特性平稳，共模负反馈是平稳的。这种共模负反馈电路可以使全差分运算放大器的设计与单端输出放大器一样，不考虑共模-负反馈对全差分放大器产生的影响。

4. 偏压电路:宽摆幅电流。

共源共栅输入级需要三个电压偏置。为了增加输入级的动态范围，阔摆幅电流源产生所需的三个偏置电压。