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采用反相正基准电压电路的同相运算放大器（运放）

news 来源：原创 2024/9/19 10:21:31

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

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

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

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

$\frac{4.95V − 0. 05V}{5V − 2V}= \frac{R4}{ R3 +R4} \frac{R1 +R2}{R2}$
$\frac{V}{V} = \frac{R4}{ R3 +R4} \frac{R1 +R2}{R2}$
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。
$R 1 = R 4 = 1 k Ω$
$\frac{V}{V} = (\frac{1 kΩ}{R3 +1 kΩ})(\frac{1 kΩ+R2}{R2})$

用 R2 来表示 R3 的方式来求解之前的方程式。
$\frac{1 MΩ + 1 kΩ \times R2} {1. 633 \times R2} − 1 kΩ$
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）。
$V_{omin} =V_{imin} \times \frac {R4}{R3 +R4} \frac{R1 +R2}{R2}− Vref \times \frac{R1}{R2}$
$\times \frac{1 kΩ}{ R3 +1 kΩ} \frac{1 kΩ + R2}{R2}− Vref \times \frac{1 kΩ}{R2}$
将第 3 步得出的 R3 代入第 4 步的方程式，求解出 R2。
$\times( \frac{1 kΩ}{ \frac{1 MΩ + 1 kΩ \times R2}{1. 633 \times R2}− 1 kΩ + 1 kΩ})(\frac{1 kΩ + R2}{R2})− Vref \times \frac{1 kΩ}{R2}$
$R 2 = 777.2Ω \approx 777Ω$
将第 5 步计算出的 R2 值代入方程式，并求解 R3。
$\frac{1 MΩ + (1 kΩ \times R2)}{1. 633 \times R2}− 1 kΩ$
$\frac{1 MΩ + 1 kΩ \times 777Ω}{1. 633 \times 777Ω}− 1 kΩ = 400 . 49Ω ≈ 402Ω$