ZHCABP2A April   2021  – February 2022 OPA192 , TLV9062

 

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设计目标

输入电压输出电压BW电源电压
ViMinViMaxVoMinVoMaxfpVccVee
-2.5mV2.5mV–2.5V2.5V5kHz5V–5V

设计说明

该设计将输入信号 Vin 反相并应用 1000V/V 或 60dB 的信号增益。具有 T 反馈网络的反相放大器可用于获得高增益,而无需 R4 具有很小的值或反馈电阻器具有很大的值。

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设计说明

  1. C3 和反馈电阻的等效电阻设置截止频率 fp
  2. 该电路中的共模电压不随输入电压的变化而变化。
  3. 使用高电阻值电阻器可能会减小相位裕度并增加噪声。
  4. 避免将容性负载直接放置在放大器的输出,从而更大限度减少稳定性问题。
  5. 由于电路增益较高,请务必使用具有足够增益带宽积的运算放大器。请记住在计算带宽时使用噪声增益。由于电路的高增益,请使用精密或低偏移器件。
  6. 有关运算放大器线性运行区域、稳定性、转换导致的失真、容性负载驱动、驱动 ADC 和带宽的更多信息,请参阅设计参考 部分。

设计步骤

  1. 计算所需增益。
    增益= VoMaxVoMinViMaxViMin=2.5V(–2.5V)2.5mV(–2.5mV)=1000VV=60dB
  2. 计算电阻值,以设置所需的增益。
    增益=R2× R1R3+ R1+ R2R4

    选择输入电阻 R4 为 1kΩ。为了获得 1000V/V 的增益,通常需要一个 1MΩ 的电阻器。T 网络允许我们在反馈回路中使用更小的电阻值。选择 R1 为 100kΩ、R2 为 9kΩ 可计算 R3 的值。R2 在 10kΩ 范围内,因此运算放大器可以轻松驱动反馈网络。

    R3=R2× R1增益 × R4– R1– R2= 9kΩ × 100kΩ1000 × 1kΩ– 100kΩ – 9kΩ= 1kΩ
  3. 计算 C3(使用反馈电阻的等效电阻 Req),以设置 fp 的位置。
    Req=R2×R1R3+R1+R2=9k×100k1k+100k+9k= 1.009MΩ
    fp= 12π×Req×C3=5kHz
    C3= 12π×Req×fp=12π × 1.009MΩ × 5kHz= 31.55pF ≈ 30pF(标准值)
  4. 计算小信号电路带宽,以确保其满足 5 kHz 要求。确保使用电路的噪声增益 (NG) 或同相增益。
    NG = 1 +ReqR4= 1 + 1009 = 1010VV
    BW =GBPNG=10MHz1010 V/V= 9.9kHz
    • BWOPA192 = 10MHz;因此满足此要求。

设计仿真

直流仿真结果

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交流仿真结果

模拟与计算非常接近。

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瞬态仿真结果

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设计参考资料

  1. 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。
  2. TI 高精度实验室
  3. 请参阅 1MHz 单电源光电二极管放大器参考设计

设计特色运算放大器

OPA192
Vss±2.25V 至 ±18V
VinCM轨至轨
Vout轨至轨
Vos5µV
Iq1mA
Ib5pA
UGBW10MHz
SR20V/µs
#通道数1、2、4
www.ti.com.cn/product/cn/OPA192

设计备选运算放大器

TLV9062
Vss1.8V 至 5.5V
VinCM轨至轨
Vout轨至轨
Vos0.3mV
Iq538µA
Ib0.5pA
UGBW10MHz
SR6.5V/µs
#通道数1、2、4
www.ti.com.cn/product/cn/TLV9062