設計目標

設計說明

此電路將輸入信號 V_i 反相并應用 -40dB 的信號增益。反相放大器的共模電壓等于應用于同相輸入的電壓，該輸入在該設計中接地。

設計說明

1. 該電路中的共模電壓不隨輸入電壓的變化而變化。
2. 輸入阻抗由輸入電阻器決定。確保該值大于電源的輸出阻抗。
3. 使用高阻值電阻可能會減小放大器的相位裕度并在電路中引入額外的噪聲。如果輸入和反饋電阻均使用了高阻值電阻器，則與 R₂ 并聯(lián)的電容器還可提供濾波，并提高電路的穩(wěn)定性。
4. 避免將容性負載直接放置在放大器的輸出端，以最大程度地減少穩(wěn)定性問題。
5. 小信號帶寬由噪聲增益（或同相增益）和運算放大器增益帶寬積 (GBP) 決定。
6. 大信號性能可能會受到壓擺率的限制。因此，應檢查數(shù)據(jù)表中的最大輸出擺幅與頻率間的關系圖，以最大程度地減小轉換導致的失真。
7. 有關運算放大器線性運行區(qū)域、穩(wěn)定性、轉換導致的失真、容性負載驅動、驅動 ADC 和帶寬的更多信息，請參閱設計參考 部分。
8. 請注意，較高的輸入電壓電平可能需要使用多個串行電阻，這有助于降低每個電阻的壓降。相關詳細信息，請參閱設計參考 部分。

設計步驟

此電路的傳遞函數(shù)遵循：

1. 計算該電路所需的增益。
   $\text{G =} \frac{{\text{V}}_{\mathrm{oMax}}–{\text{ V}}_{\mathrm{oMin}}}{{\text{V}}_{\mathrm{iMax}}–{\text{ V}}_{\mathrm{iMin}}}= \frac{\text{2V }–\text{ ( }–\text{ 2V )}}{\text{200V }–\text{ ( }– \text{200V )}}\text{= 0.01}\frac{\text{V}}{\text{V}}\text{= –40dB}$
2. 選擇 R₁ 的起始值。
   $R_1=\mathrm{100k?}$
3. 計算如何實現(xiàn)所需的 0.01V/V 信號衰減。
   $\text{G =} \frac{{\text{R}}_{\text{2}}}{{\text{R}}_{\text{1}}}\text{→} {\text{R}}_{\text{2}}={\text{R}}_{\text{1}}\text{× G}=\text{0.01}\frac{\text{V}}{\text{V}}\text{× 100k?} \text{= 1k?}$
4. 選擇滿足電路帶寬要求的反饋電容器 C₁。
   ${\text{C}}_{\text{1}}\text{≤}\frac{\text{1}}{{\text{2π × R}}_{\text{2}}{\text{× f}}_{\text{p}}}\text{→}{\text{C}}_{\text{1}}\text{≤}\frac{\text{1}}{\text{2π × 1k? × 1MHz}} \text{≤ 159.15pF ≈ 160pF (Standard Value)}$
5. 計算最大程度地降低轉換導致的失真所需的最小壓擺率。
   $V_p< \frac{\mathrm{SR}}{2\pi \times f_p}\to \mathrm{SR} > 2\pi \times f\times V_p\to \mathrm{SR} > 2\pi \times \; 1\mathrm{MHz} \times \; 2V=\; 12.6\frac{V}{\mathrm{\mu S}}$
   • SR_LMV861 = 18V/μs；因此它滿足該要求。
6. 計算電路帶寬，確保其滿足 1MHz 要求。確保使用電路的噪聲增益 (NG) 或同相增益。
   $\text{NG = 1 + }\frac{{\text{R}}_2}{{\text{R}}_1}\text{ = 1.01 }\frac{\text{V}}{\text{V}}\text{→}\text{BW = }\frac{\text{GBP}}{\text{NG}}\text{ = }\frac{\text{30MHz}}{\text{1.01}\frac{\text{V}}{\text{V}}}\text{= 29.7MHz}$
   • BW_LMV861 = 30MHz；因此滿足要求。
7. 如果未使用 C₁ 限制電路帶寬，為了避免穩(wěn)定性問題，請確保由器件的增益設置電阻器和輸入電容創(chuàng)建的零點大于電路的帶寬。
   $\frac{\text{1}}{{\text{2π × (C}}_{\text{cm}}{\text{+ C}}_{\text{diff}}{\text{) × (R}}_{\text{2}}{\text{|| R}}_{\text{1}}\text{)}}\text{>} \frac{{\text{GBP}}_{\text{LMV861}}}{\text{NG}}$
   • C_cm 和 C_diff 分別是 LMV861 的共模和差分輸入電容。

設計仿真

直流仿真結果

交流仿真結果

瞬態(tài)仿真結果

1kHz，400Vpp 的輸入正弦波可產生 4Vpp 的輸出正弦波。

設計參考資料

1. 請參閱《模擬工程師電路設計指導手冊》，了解有關 TI 綜合電路庫的信息。
2. SPICE 仿真文件 SBOC522。
3. TI 高精度實驗室
4. 有關具有較大輸入電壓的電路的更多信息，請參閱高電壓測量注意事項。

設計采用的運算放大器

設計備選運算放大器