设计目标

设计说明

此电路可放大交流信号，并可对输出信号进行相移以使其集中于电源电压信号的中点位置。注意，输入信号具有零直流偏移，因此它在地电位上下摆动。此电路的主要优点在于其支持摆动到地电位以下的信号 - 即使放大器没有负电源。

设计说明

1. R₁ 设置交流输入阻抗。R₄ 为运算放大器输出提供负载。
2. 使用低反馈电阻降低噪声，并最大限度地减少稳定性问题。
3. 根据线性输出摆幅设置输出范围（请参阅 A_ol 规格）。
4. 电路的截止频率取决于放大器的增益带宽积 (GBP)。可以通过添加一个与 R₄ 并联的电容器来完成额外的滤波。如果使用了高阻值电阻器，那么添加一个与 R₄ 并联的电容器还将提高电路的稳定性。

设计步骤

1. 选择 R₁ 和 R₄ 来设置交流电压增益。
   ${\mathrm{R}}_1=1 \mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   ${\mathrm{R}}_4={\mathrm{R}}_1\times \left|{\mathrm{G}}_{\mathrm{ac}}\right|=1 \mathrm{k\Omega }\times \left|-10\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}\right|=10\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
2. 选择 R₂ 和 R₃ 来将直流输出电压设置为 2.5V。
   ${\mathrm{R}}_3=4.99\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{R}}_3\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{DC}}}-{\mathrm{R}}_3=\frac{4.99\mathrm{k\Omega }\times 5\mathrm{V}}{2.5\mathrm{V}}-4.99\mathrm{k\Omega }=4.99\mathrm{k\Omega }$
3. 为截止频率下限 f_l 选择一个值，然后计算 C₁。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{l}}=16\mathrm{Hz}$
   ${\mathrm{C}}_1=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{l}}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 1 \mathrm{k\Omega }\times 16\mathrm{Hz}}=9.94\mathrm{\mu F}\approx 10\mathrm{\mu F}\text{ (Standard Value)}$
4. 为 f_div 选择一个值，然后计算 C₂。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{div}}=6.4\mathrm{Hz}$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{div}}=\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}=\frac{4.99\mathrm{k\Omega }\times 4.99\mathrm{k\Omega }}{4.99\mathrm{k\Omega }+4.99\mathrm{k\Omega }}=2.495\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{C}}_2=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_{\mathrm{div}}\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{div}}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 2.495\mathrm{k\Omega }\times 6.4\mathrm{Hz}}=9.96\mathrm{\mu F}\approx 10\mathrm{\mu F}\text{ (Standard Value)}$
5. 截止频率上限 f_h 取决于此电路的噪声增益和器件 (LMV981) 的增益带宽 (GBW)。
   $\mathrm{GBW}=1.5\mathrm{MHz}$

设计仿真

交流仿真结果

瞬态仿真结果

设计参考资料

德州仪器 (TI)，交流耦合 (HPF) 反相放大器仿真，电路 SPICE 仿真文件

德州仪器 (TI)，交流耦合单电源反相和非反相放大器，参考设计

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器