两级运放设计！！

登录 · 发表于 2020-4-28 18:34

世界上第一个基于真空管的商用运算放大器K2-W，是Phibirckk公司设计的：

而世界上第一个基于半导体器件的两级运放，是模电设计天才罗伯特.维德勒发明的：

运放史上销量最广的内部补偿运放741，即便是今天仍然在大量使用，是由戴夫.弗拉格发明的：

弗拉格在26岁的年纪设计出这么牛叉的运放，让无数人汗颜！

所以，模拟设计者应该熟悉两级运放的设计，这是最重要的基本功。

注：中间级起到电平移位的作用而已，没有增益！！！所以仍旧认为741是两级运放！！
而3级运放难以频率补偿，所以较少用。

登录 · 发表于 2020-4-28 18:40

本帖最后由 xukun977 于 2020-4-28 18:42 编辑

即便是两级运放的设计，想要全部掌握，也是超级困难的，因为变化太多了
具不完全统计，大约有2万种实现方法，根据核心期刊论文统计。

看看下表：一共有多少种排列组合？？

登录 · 发表于 2020-4-28 20:10

本帖最后由 xukun977 于 2020-4-28 20:14 编辑

有人夸俺有文化了：

和俺讲道理，讲不过，就通过说人家是流氓来愤懑，俺还是有成就感的。

继续假装有文化：

关于基本的单级放大器设计，大家可以参考拉扎维的CMOS模拟集成电路设计，相关的基础知识就省略了。

我们这里只强调一个超级重要的观点：什么是设计变量？？什么是设计自由度？？？

所用的单极放大器模型为：

如果是BJT，就有rΠ，对于MOS管就没有！

请注意，这个模型可以是完备的单极放大器模型，而不是单单一个管子的模型，例如下图：

只需把电流源的等效阻抗，归并到g0和CL中即可。

登录 · 发表于 2020-4-28 21:24

本帖最后由 xukun977 于 2020-4-28 22:08 编辑

教科书上重点强调的，我们这里不说或少数，
关键强调一下设计重点：设计变量和自由度

对这个管子小信号模型来说，电路的所有特性是由两个参数（gm和g0)决定的！

当然了，这个参数不是唯一的，把戴维宁等效而非诺顿等效表示，就转换成另两个参数确定了。

再考虑电容负载，对于放大器来说，有这么几个重要指标：

分别是电压增益Av、直流增益Av0、带宽BW和增益带宽积GBW：

其中AV0和GBW是最重要的两个参数！！

上面的表达式非常简洁，但是非常遗憾，站在设计的角度看，gm和g0这两个参数，根本不能提供设计直觉！！！

一般来说，给定电路结构，电源电压和负载CL会是确定的，留给电路设计者的设计空间，只有3个变量---管子宽W1、长L1和偏置IDQ

如果是分立件设计师，使用现成的管子，那么只剩下一个设计变量IDQ了。

根据教科书推导可知，几乎所有的电路性能参数，都是直接和W1/L1相关的！！！也就是说，由W1和L1之比确定大多数性能参数。
所以设计自由度，只剩下两维设计空间（W1/L1和IDQ）

总结：

上面讨论如何选取合适的参数域问题。

其中小信号参数域为：

另一个是自然设计参数域：

表达式是怎么来的，请参考拉扎维的教材，本贴不谈了。
表达式的特点是：左边根号部分，是工艺相关的，右边部分是架构相关的！

这两个设计参数域，各有优缺点，小信号参数域虽然简单，但几乎对设计没有帮助；自然设计参数域直接下沉到管子工艺参数，但是表达式太复杂了，也不能提供设计直觉！！

其中，自然设计参数域的使用是非常多的，各种教材普遍使用，欧洲模拟设计大牛sansen把这种参数的使用，推到巅峰！！！

发表于 2020-4-28 21:54

好象故事已经久远，前人开创精神永在!

两级运放设计！！

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