采用反相正基准电压电路的反相运算放大器(运放)

采用反相正基准电压电路的同相运算放大器（运放）

设计目标

输入ViMin	输入ViMax	输出VoMin	输出VoMax	电源电压Vcc	电源电压Vee	电源电压Vref
-5V	-1V	0.05V	3.3V	5V	0V	5V

设计说明1

此设计使用具有反相正基准的反相放大器将–5V 至–1V 的输入信号转换为 3.3V 至 0.05V 的输出电压。此电路可用于将负传感器输出电压转换为可用的 ADC 输入电压范围。

采用反相正基准电压电路的反相运算放大器

设计说明2

1. 请使用运算放大器线性输出运行范围。通常需要在 AOL 测试条件下指定该范围。
2. 共模范围必须扩展至地电平或低于地电平。
3. Vref 必须具有低阻抗。
4. 该电路的输入阻抗等于 R2。
5. 在反馈环路中选择使用低阻值电阻器。建议使用阻值小于 100kΩ 的电阻器。使用高阻值电阻可能会减小放大器的相位裕度并在电路中引入额外的噪声。
6. 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 R1 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 R1 并联的电容器还将提高电路的稳定性。

设计步骤

$$Vo=-Vi\times \frac{R1}{R2}-Vref\times (\frac{R1}{R3})$$

1. 计算输入信号的增益。
   $$Ginput=\frac{V_{omax}-V_{omin}}{V_{imax}-V_{imin}}=\frac{3.3V-0.05V}{-1V-(-5V)}=0.8125\frac{V}{V}$$
2. 计算 R1 和 R2。
   $$ChooseR1=845\Omega$$
   $$R2=\frac{R1}{G_{input}}=\frac{R1}{0.8125\frac{V}{V}}=1.04k\Omega$$
3. 计算抵消输出所需的基准电压增益。
   $$Gref=\frac{R1}{R3}$$
   $$-V_{imin}\times \frac{R1}{R2}-Vref\times \frac{R1}{R3}=V_{omin}$$
   $$\frac{R1}{R3}=\frac{V_{omin}+V_{imin}\times \frac{R1}{R2}}{-Vref}=\frac{0.05V+(-1V)\frac{845\Omega }{1.04k\Omega }}{-5}=0.1525\frac{V}{V}$$
4. 计算 R3。
   $$R3=\frac{R1}{Gref}=\frac{845\Omega }{0.1525\frac{V}{V}}=5.54k\Omega \approx 5.56k\Omega$$

设计仿真

直流仿真结果

直流仿真结果

交流仿真结果

交流仿真结果

设计特色运算放大器TLV9062

Vss	1.8V 至 5.5V
VinCM	轨到轨
Vout	轨到轨
Vos	0.3 mV
Iq	538 µA
Ib	0.5pA
UGBW	10 MHz
SR	6.5V/µs
通道数	1、2 和 4

设计备选运算放大器OPA197

Vss	4.5V 至 36V
VinCM	轨到轨
Vout	轨到轨
Vos	25µV
Iq	1 mA
Ib	5pA
UGBW	10 MHz
SR	20V/µs
通道数	1、2 和 4