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  • 正文
    • Part 01、前言
    • Part 02、電路設(shè)計(jì)指標(biāo)
    • Part 03、設(shè)計(jì)步驟
    • Part 04、仿真結(jié)果
    • Part 04、注意事項(xiàng)
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原理+計(jì)算+仿真+電路設(shè)計(jì)避雷總結(jié),1200字手把手教你學(xué)會(huì)用運(yùn)放搭建同相放大電路

12/02 09:40
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Part 01、前言

同相放大電路是一種經(jīng)典的運(yùn)算放大器的電路配置,廣泛用于信號(hào)處理、傳感器接口和精密模擬電路中。其高輸入阻抗、低輸出阻抗以及靈活可調(diào)的增益,使其在放大弱信號(hào)、隔離輸入信號(hào)和阻抗匹配等場(chǎng)合尤為重要。今天我們就詳細(xì)講一講同相放大電路的計(jì)算以及仿真。

Part 02、電路設(shè)計(jì)指標(biāo)

輸入電壓:±1V的正弦波電壓,頻率10KHz

輸出電壓:±2V的正弦波電壓,頻率10KHz

分析:

輸出電壓±2V,這意味著運(yùn)放需要采用雙電源供電,我們采用±5V電源為運(yùn)放供電。

Part 03、設(shè)計(jì)步驟

1.同相放大電路的輸入輸出傳遞函數(shù)

Vo=Vin*G=Vin*(1+R2/R1)

2.輸入電壓:±1V的正弦波電壓,頻率10KHz,輸出電壓:±2V的正弦波電壓,頻率10KHz,從而可以得到電路的增益G為2V/V。

3.計(jì)算R1和R2的電阻

(1+R2/R1)=2

R2/R1=1

如果R1=1K,那么R2=1K

4.評(píng)估需要所選運(yùn)放的壓擺率指標(biāo)

運(yùn)放的壓擺率(Slew Rate)是描述運(yùn)算放大器動(dòng)態(tài)性能的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),表示運(yùn)放輸出電壓隨時(shí)間變化的最大速率,單位通常為V/μs。當(dāng)輸入信號(hào)頻率或幅度較高時(shí),若運(yùn)放的壓擺率不足,輸出信號(hào)將無法正確跟隨輸入信號(hào)變化,導(dǎo)致波形失真。當(dāng)輸出信號(hào)欲實(shí)現(xiàn)比這個(gè)速率還快的變化時(shí),運(yùn)放就不能提供了,導(dǎo)致輸出波形變形一一原本是正弦波就變成了三角波。

SR=2*3.14*Va*f=2*3.14*1V*10KHz=0.0628 V/μs

我們?cè)谶x擇運(yùn)放時(shí),要確保所選運(yùn)放的壓擺率>0.0628 V/μs才行。

5.增益帶寬積(GBP)限制了電路的頻率響應(yīng)。增益電路的增益G與運(yùn)放的帶寬f滿足

G*f=2*10KHz=20KHz<運(yùn)放的增益帶寬積GBW

我們?cè)谶x擇運(yùn)放時(shí),要確保所選運(yùn)放的增益帶寬積GBW>20KHz才行。

Part 04、仿真結(jié)果

輸入輸出信號(hào)波形:

直流掃描驗(yàn)證電路增益:

交流仿真分析:

-3dB帶寬約為5.218292MHz

Part 04、注意事項(xiàng)

1.電阻選擇使用電阻值不宜過大,避免熱噪聲過高。

2.增益越高,電路越容易受到寄生參數(shù)的影響,適當(dāng)降低增益或選擇帶寬更高的運(yùn)放,可以基于增益帶寬積指標(biāo)評(píng)估。

3.運(yùn)放的壓擺率滿足輸入信號(hào)頻率和幅度的需求,若壓擺率不足,正弦波可能失真為三角波。

4.選擇低偏置電流和低失調(diào)電壓的運(yùn)放,尤其在高阻抗輸入情況下,減少誤差。

5.確保運(yùn)放的電源電壓范圍適合應(yīng)用需求,例如±15V或單電源5V、3.3V 等。

6.在運(yùn)放電源引腳附近添加去耦電容,以抑制電源噪聲和高頻干擾。

7.在高頻信號(hào)放大時(shí),注意運(yùn)放的頻率響應(yīng),避免帶寬不足導(dǎo)致增益下降。在反饋電阻R2上并聯(lián)小電容形成低通濾波,改善高頻穩(wěn)定性。也可在輸入端引入RC濾波器,抑制高頻噪聲。

8.同相放大電路輸入阻抗較高,通常為運(yùn)放自身輸入阻抗,應(yīng)匹配信號(hào)源輸出阻抗,以減少信號(hào)衰減。

9.輸出端需考慮負(fù)載阻抗,確保運(yùn)放的輸出能力足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載,避免過載或失真。

10.在高增益或高頻設(shè)計(jì)中,注意運(yùn)放的功耗,避免因溫升導(dǎo)致性能下降。

11.PCB布局時(shí)反饋電阻R2與運(yùn)放反相端之間的連接應(yīng)盡可能短且直接,減少寄生電感和電容。

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