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采用反相正基准电压电路的反相运算放大器(运放)
设计目标
| 输入 ViMin | 输入 ViMax | 输出 VoMin | 输出 VoMax | 电源电压 Vcc | 电源电压 Vee | 电源电压 Vref |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2V | 5V | 0.05V | 4.95V | 5V | 0V | 2.5V |
设计说明 1
此设计使用具有反相正基准的同相放大器将 2V 至 5V 的输入信号转换为 0.05V 至 4.95V 的输出电压。此电路可用于将具有正斜率和正偏移器输出电压转换为可用的 ADC 输入电压范围。
采用反相正基准电压电路的同相运算放大器
设计说明 2
- 请使用运算放大器线性输出运行范围。通常需要在 AOL 测试条件下指定该范围。
- 查看运算放大器输入共模电压范围。共模电压因输入电压而异。
- Vref 必须具有低阻抗。
- 该电路的输入阻抗等于 R3 与 R4 之和。
- 在反馈环路中选择使用低阻值电阻器。建议使用阻值小于 100kΩ 的电阻器。使用高阻值电阻可能会减小放大
器的相位裕度并在电路中引入额外的噪声。 - 电路的截止频率取决于放大器的增益带宽积 (GBP)。
- 如果使用了高阻值电阻器，那么添加一个与 R1 并联的电容器将提高电路的稳定性。
设计步骤
V
o
=
V
i
×
(
R
4
R
3
+
R
4
)
(
R
1
+
R
2
R
2
−
V
R
E
F
×
(
R
1
R
2
)
V_o =V_i times (frac{R4}{R3+R4}) (frac {R1+R2}{R2} – V_{REF} times (frac{R1}{R2})
Vo=Vi×(R3+R4R4)(R2R1+R2−VREF×(R2R1)
- 计算可生成最大输出摆幅的输入的增益。
V
o
m
a
x
−
V
o
m
i
n
=
（
V
i
m
a
x
−
V
i
m
i
n
)
R
4
R
3
+
R
4
R
1
+
R
2
R
2
V_{omax} − V_{omin} =（V_{imax} − V_{imin}) frac{R4}{R3 +R4} frac{R1 +R2}{R2}
Vomax−Vomin=（Vimax−Vimin)R3+R4R4R2R1+R2
V
o
m
a
x
−
V
o
m
i
n
V
i
m
a
x
−
V
i
m
i
n
=
R
4
R
3
+
R
4
R
1
+
R
2
R
2
frac{V_{omax} − V_{omin}}{V_{imax} − V_{imin}}= frac{R4}{R3 +R4} frac{R1 +R2}{R2}
Vimax−ViminVomax−Vomin=R3+R4R4R2R1+R2
4.95
V
−
0.05
V
5
V
−
2
V
=
R
4
R
3
+
R
4
R
1
+
R
2
R
2
frac{4.95V − 0. 05V}{5V − 2V}= frac{R4}{R3 +R4} frac{R1 +R2}{R2}
5V−2V4.95V−0.05V=R3+R4R4R2R1+R2
1.633
V
V
=
R
4
R
3
+
R
4
R
1
+
R
2
R
2
1. 633 frac{V}{V} = frac{R4}{R3 +R4} frac{R1 +R2}{R2}
1.633VV=R3+R4R4R2R1+R2
2. 选取 R1 和 R4 的值，并将这些值代入上一个方程式。另外两个电阻器的阻值必须利用方程组来求解。如果有两个以上的变量未确定，则无法计算出适当的输出摆幅和失调电压。
R
1
=
R
4
=
1
k
Ω
R1 =R4 =1 kΩ
R1=R4=1kΩ
1.633
V
V
=
(
1
k
Ω
R
3
+
1
k
Ω
)
(
1
k
Ω
+
R
2
R
2
)
1. 633 frac{V}{V} = (frac{1 kΩ}{R3 +1 kΩ})(frac{1 kΩ+R2}{R2})
1.633VV=(R3+1kΩ1kΩ)(R21kΩ+R2)
- 用 R2 来表示 R3 的方式来求解之前的方程式。
R
3
=
1
M
Ω
+
1
k
Ω
×
R
2
1.633
×
R
2
−
1
k
Ω
R3 = frac{1 MΩ + 1 kΩ times R2} {1. 633 times R2} − 1 kΩ
R3=1.633×R21MΩ+1kΩ×R2−1kΩ - 在放大器的线性输出范围内沿传递函数选择任意点，在输出端设置适当的失调电压（例如，最小输入和输出电压）。
V
o
m
i
n
=
V
i
m
i
n
×
R
4
R
3
+
R
4
R
1
+
R
2
R
2
−
V
r
e
f
×
R
1
R
2
V_{omin} =V_{imin} times frac {R4}{R3 +R4} frac{R1 +R2}{R2}− Vref times frac{R1}{R2}
Vomin=Vimin×R3+R4R4R2R1+R2−Vref×R2R1
0.05
V
=
2
V
×
1
k
Ω
R
3
+
1
k
Ω
1
k
Ω
+
R
2
R
2
−
V
r
e
f
×
1
k
Ω
R
2
0.05V = 2V times frac{1 kΩ}{R3 +1 kΩ} frac{1 kΩ + R2}{R2}− Vref times frac{1 kΩ}{R2}
0.05V=2V×R3+1kΩ1kΩR21kΩ+R2−Vref×R21kΩ - 将第 3 步得出的 R3 代入第 4 步的方程式，求解出 R2。
0.05
V
=
2
V
×
(
1
k
Ω
1
M
Ω
+
1
k
Ω
×
R
2
1.633
×
R
2
−
1
k
Ω
+
1
k
Ω
)
(
1
k
Ω
+
R
2
R
2
)
−
V
r
e
f
×
1
k
Ω
R
2
0. 05V = 2V times(frac{1 kΩ}{frac{1 MΩ + 1 kΩ times R2}{1. 633 times R2}− 1 kΩ + 1 kΩ})(frac{1 kΩ + R2}{R2})− Vref times frac{1 kΩ}{R2}
0.05V=2V×(1.633×R21MΩ+1kΩ×R2−1kΩ+1kΩ1kΩ)(R21kΩ+R2)−Vref×R21kΩ
R
2
=
777.2
Ω
≈
777
Ω
R2 =777 . 2Ω ≈ 777Ω
R2=777.2Ω≈777Ω - 将第 5 步计算出的 R2 值代入方程式，并求解 R3。
R
3
=
1
M
Ω
+
(
1
k
Ω
×
R
2
)
1.633
×
R
2
−
1
k
Ω
R3 = frac{1 MΩ + (1 kΩ times R2)}{1. 633 times R2}− 1 kΩ
R3=1.633×R21MΩ+(1kΩ×R2)−1kΩ
R
3
=
1
M
Ω
+
1
k
Ω
×
777
Ω
1.633
×
777
Ω
−
1
k
Ω
=
400.49
Ω
≈
402
Ω
R3 = frac{1 MΩ + 1 kΩ times 777Ω}{1. 633 times 777Ω}− 1 kΩ = 400 . 49Ω ≈ 402Ω
R3=1.633×777Ω1MΩ+1kΩ×777Ω−1kΩ=400.49Ω≈402Ω
设计仿真
直流仿真结果
直流仿真结果
交流仿真结果
交流仿真结果
设计特色运算放大器 TSV912
| Vss | 2.5V 至 5.5V |
|---|---|
| VinCM | 轨到轨 |
| Vout | 轨到轨 |
| Vos | 0.3 mV |
| Iq | 550 µA |
| Ib | 1pA |
| UGBW | 8 MHz |
| SR | 4.5V/µs |
| 通道数 | 1、2 和 4 |
设计备选运算放大器 OPA191
| Vss | 4.5V 至 36V |
|---|---|
| VinCM | 轨到轨 |
| Vout | 轨到轨 |
| Vos | 5µV |
| Iq | 140 µA/ 通道 |
| Ib | 5pA |
| UGBW | 2.5 MHz |
| SR | 5.5V/µs |
| 通道数 | 1、2 和 4 |
原文地址: 采用反相正基准电压电路的同相运算放大器（运放）
