设计目标

设计说明

微分器电路会根据电路时间常数和放大器的带宽来输出某个频率范围上输入信号的微分。会向反相输入施加输入信号，以使输出相对于输入信号的极点反相。理想的微分器电路基本上都不稳定，需要增加输入电阻器和反馈电容器或这二者之一，才能达到稳定。实现稳定性所需的组件限制了执行微分器功能的带宽。

设计说明

1. 为 R₂ 选择一个较大的电阻，以使 C₁ 的值保持在合理范围内。
2. 可以添加一个与 R₂ 并联的电容器来滤除电路中的高频率噪声。从距离滤波器截止频率大约二分之一个十倍频（大约 3.5 倍）开始，该电容器将会限制微分器功能的有效性。
3. 可以向同相输入施加基准电压，从而设置可支持该电路使用单电源的直流输出电压。可以使用分压器分压得到基准电压。
4. 在线性输出电压摆幅（请参阅 Aol 规格）内运行，从而最大限度地降低非线性误差。

设计步骤

下面给出了理想电路传递函数。

1. 将 R₂ 设置为较大的标准值。
   $R_2=499\mathrm{k\Omega }$
2. 将最小微分频率设置为在最小工作频率至少二分之一十倍频之下。
   $C_1\ge \frac{3.5}{2\times \pi \times R_2\times f_{\min }}\ge \frac{3.5}{2\times \pi \times 499\mathrm{k\Omega }\times 100\mathrm{Hz}}\ge 11.1 \mathrm{nF}\approx 15\mathrm{nF} （\mathrm{标准} 值）$
3. 将截止频率上限设置为在最高工作频率至少二分之一十倍频之上。
   $R_1\le \frac{1}{3.5\times 2\times \pi \times C_1\times f_{\mathrm{Max}}}\le \frac{1}{7\times \pi \times 15\mathrm{nF}\times 2.5\mathrm{kHz}}\le 1.2\mathrm{k\Omega }\approx 1 \mathrm{k\Omega } （\mathrm{标准} 值）$
4. 计算使电路保持稳定所必需的运算放大器增益带宽积 (GBP)。
   $\mathrm{GBP}>\frac{R_1+R_2}{2\times \pi \times {R_1}^2\times C_1}>\frac{499\mathrm{k\Omega }+1 \mathrm{k\Omega }}{2\times \pi \times 1 {\mathrm{k\Omega }}^2\times 15\mathrm{nF}}>5.3\mathrm{MHz}$
   • TLV9061 的带宽为 10MHz，因此满足该要求。
5. 如果添加一个与 R₂ 并联的反馈电容器 C_F ，则计算截止频率的公式如下所示。
   $f_c=\frac{1}{2\times \pi \times R_2\times C_F}$
6. 计算用于实现 2.5V 基准电压的电阻分压器值。
   $R_3=\frac{V_{\mathrm{cc}}-V_{\mathrm{ref}}}{V_{\mathrm{ref}}}\times R_4=\frac{5V-2.5V}{2.5V}\times R_4=R_4{R}_3=R_4=100\mathrm{k\Omega } （\mathrm{标准} 值）$

设计仿真

交流仿真结果

瞬态仿真结果

2.5kHz 正弦波输入可产生 2.5kHz 余弦输出。

2.5kHz 方波输入可产生脉冲输出。

100kHz 三角波输入可产生方波输出。

设计特色运算放大器

请参阅《模拟工程师电路设计指导手册》，了解有关 TI 综合电路库的信息。

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SBOC497。

设计备选运算放大器