反相求和电路设计

1 简介

该电路可对两个输入信号进行求和(相加),并将其在输出端反相。输入信号通常要求低阻抗源,因为该电路的输入阻抗由输入电阻R1和R2决定。反相放大器的共模电压等于连接到同相节点的电压。

2 设计目标

2.1 输入

2.2 输出

2.3 频率

2.4 电源

3 电路设计

根据设计目标,最终设计的电路结构和参数如下图:

注意事项:

  • 使运算放大器工作在线性输出范围
  • 匹配好输出源的阻抗和运放电路的输入阻抗
  • 使用高阻值电阻可能会减小电路的相位裕度(与输入电容形成低通效应),并在电路中引入额外的噪声
  • 避免将电容负载直接放置在放大器的输出端,以最大程度地减少稳定性问题
  • 同相放大器的小信号带宽取决于电路的增益和放大器的增益带宽积。可通过添加与R3并联的电容器来完成额外滤波。如果使用了高阻值电阻,那么添加与 R3并联的电容器还将提高电路的稳定性
  • 大信号性能可能会受到压摆率的限制。因此,应检查数据表中的最大输出摆幅与频率间的关系图,以最大程度地减小转换导致的失真

4 设计计算

该电路的传递函数:

  • 选择R3

R3 = 20kΩ

  • 计算Vi1所需的增益。对于该设计,输出摆幅的一半可用于每个输入
  • 计算R1的值
  • 计算Vi2所需的增益。对于该设计,输出摆幅的一半可用于每个输入
  • 计算R2的值
  • 计算小信号电路带宽,以确保它满足10kHz要求。确保使用电路的噪声增益 (NG) 或同相增益。在计算噪声增益时,请注意,R1和 R2是并联的。

闭环带宽是102kHz,而设计的目标是10kHz,满足使用要求

  • 计算最小压摆率要求,以最大限度地降低转换导致的失真。

SR OPA170 =0.4V/µs,因此它满足该要求

  • 为了避免稳定性问题,确保器件的增益设置电阻器和输入电容创建的零点大于电路的带宽

Ccm 和 Cdiff 分别是共模和差分输入电容

5 电路仿真

时域仿真:

频域仿真: