采用反相正基准电压电路的同相运算放大器（运放）

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

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。

设计说明2

1. 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。
2. 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。
3. Vref 必须具有低阻抗。
4. 该电路的输入阻抗等于 R3 与 R4 之和。
5. 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。
6. 电路的截止频率取决于放大器的增益带宽积 (GBP)。
7. 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

$$V_o=V_i\times (\frac{R4}{R3+R4})(\frac{R1+R2}{R2}-V_{REF}\times (\frac{R1}{R2})$$

1. 计算可生成最大输出摆幅的输入的增益。
   $$V_{omax}-V_{omin}=（V_{imax}-V_{imin})\frac{R4}{R3+R4}\frac{R1+R2}{R2}$$
   $$\frac{V_{omax}-V_{omin}}{V_{imax}-V_{imin}}=\frac{R4}{R3+R4}\frac{R1+R2}{R2}$$

$$\frac{4.95V-0.05V}{5V-2V}=\frac{R4}{R3+R4}\frac{R1+R2}{R2}$$
$$1.633\frac{V}{V}=\frac{R4}{R3+R4}\frac{R1+R2}{R2}$$
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。
$$R1=R4=1k\Omega$$
$$1.633\frac{V}{V}=(\frac{1k\Omega }{R3+1k\Omega })(\frac{1k\Omega +R2}{R2})$$

3. 用 R2 来表示 R3 的方式来求解之前的方程式。
   $$R3=\frac{1M\Omega +1k\Omega \times R2}{1.633\times R2}-1k\Omega$$
4. 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）。
   $$V_{omin}=V_{imin}\times \frac{R4}{R3+R4}\frac{R1+R2}{R2}-Vref\times \frac{R1}{R2}$$
   $$0.05V=2V\times \frac{1k\Omega }{R3+1k\Omega }\frac{1k\Omega +R2}{R2}-Vref\times \frac{1k\Omega }{R2}$$
5. 将第 3 步得出的 R3 代入第 4 步的方程式，求解出 R2。
   $$0.05V=2V\times (\frac{1k\Omega }{\frac{1M\Omega +1k\Omega \times R2}{1.633\times R2}-1k\Omega +1k\Omega })(\frac{1k\Omega +R2}{R2})-Vref\times \frac{1k\Omega }{R2}$$
   $$R2=777.2\Omega \approx 777\Omega$$
6. 将第 5 步计算出的 R2 值代入方程式，并求解 R3。
   $$R3=\frac{1M\Omega +(1k\Omega \times R2)}{1.633\times R2}-1k\Omega$$
   $$R3=\frac{1M\Omega +1k\Omega \times 777\Omega }{1.633\times 777\Omega }-1k\Omega =400.49\Omega \approx 402\Omega$$

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计特色运算放大器TSV912

设计备选运算放大器OPA191