设计目标

设计说明

这种设计将输入信号 V_i 放大，信号增益为 10V/V。输入信号可能来自高阻抗源（例如 MΩ），因为该电路的输入阻抗由运算放大器的极高输入阻抗（例如 GΩ）决定。同相放大器的共模电压等于输入信号。

设计注意事项

1. 使用运算放大器线性输出运行范围，通常在 A_OL 测试条件下指定该范围。共模电压等于共模信号。
2. 该电路的输入阻抗等于放大器的输入阻抗。
3. 使用高值电阻器可能会减小电路的相位裕度并在电路中引入额外的噪声。
4. 避免将电容负载直接放置在放大器的输出端，以最大程度地减少稳定性问题。
5. 同相放大器的小信号带宽取决于电路的增益和放大器的增益带宽积 (GBP)。可以通过添加与 R₁ 并联的电容器来完成额外的滤波。如果使用了高值电阻器，那么添加与 R₁ 并联的电容器还将提高电路的稳定性。
6. 大信号性能可能会受到压摆率的限制。因此，应检查数据表中的最大输出摆幅与频率间的关系图，以最大程度地减小转换导致的失真。
7. 有关运算放大器线性运行区域、稳定性、转换导致的失真、电容负载驱动、驱动 ADC 和带宽的更多信息，请参阅设计参考 部分。

设计步骤

下面给出了该电路的传递函数。

1. 计算增益。
   $$\begin{gathered} \mathrm{G}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_max}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_min}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{i\_max}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{i\_min}}} \\ \mathrm{G}=\frac{10\mathrm{V}-\left(-10\mathrm{V}\right)}{1 \mathrm{V}-\left(-1 \mathrm{V}\right)}=10\mathrm{V}/\mathrm{V} \end{gathered}$$
2. 计算 R₁ 和 R₂ 的值。
   $$\begin{gathered} \mathrm{G}=1+\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_2} \\ \mathrm{选择} {\mathrm{R}}_1=9.09\mathrm{k\Omega } \\ {\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{R}}_1}{\mathrm{G}-1}=\frac{9.09\mathrm{k\Omega }}{\left(10\mathrm{V}/\mathrm{V}\right)-1}=1.01\mathrm{k\Omega } \end{gathered}$$
3. 计算最大程度地降低转换导致的失真所需的最小压摆率。
   $\mathrm{SR}>2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{p}}\times \mathrm{f}=2\times \mathrm{\pi }\times 10\mathrm{V}\times 20\mathrm{kHz}=1.257\mathrm{V}/\mathrm{\mu s}$
   • OPA171 的压摆率是 1.5 V/µs，因此它满足该要求。
4. 为了保持足够的相位裕度，确保器件的增益设置电阻器和输入电容创建的零点大于电路的带宽。

• C_cm 和 C_diff 分别是 OPA171 的共模和差分输入电容。
• 由于零点频率大于此电路的带宽，因此不满足该要求。

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SBOC493。

有关大量运算放大器主题（包括共模范围、输出摆幅和带宽）的更多信息，请访问 TI 高精度实验室。

设计采用的运算放大器

设计备选运算放大器