设计目标

设计说明

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。

设计说明

1. 请使用运算放大器线性输出运行范围。通常需要在 A_OL 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. V_ref 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

1. 计算输入信号的增益。
   ${\mathrm{G}}_{\mathrm{input}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_max}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_min}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{i\_max}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{i\_min}}}=\frac{3.3\mathrm{V}-0.05\mathrm{V}}{-1\mathrm{V}-\left(-5 \mathrm{V}\right)}=0.8125\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}$
2. 计算 R₁ 和 R₂。
   $$\begin{gathered} \mathrm{Choose} {\mathrm{R}}_1=845\mathrm{\Omega } \\ {\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{G}}_{\mathrm{input}}}=\frac{{\mathrm{R}}_1}{0.8125{\displaystyle \frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}}}=1.04 \mathrm{k\Omega } \end{gathered}$$
3. 计算抵消输出所需的基准电压增益。
   $$\begin{gathered} {\mathrm{G}}_{\mathrm{ref}}=\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_3} \\ -{\mathrm{V}}_{\mathrm{i\_min}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_2}\right)-{\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_3}\right)={\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_min}} \\ \frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_3}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{o\_min}}+{\mathrm{V}}_{\mathrm{i\_min}}\times \left({\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_2}}\right)}{-{\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}}=\frac{0.05\mathrm{V}+\left(-1 \mathrm{V}\right)\left(\frac{845\mathrm{\Omega }}{1.04\mathrm{k\Omega }}\right)}{-5}=0.1525\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}} \end{gathered}$$
4. 计算 R₃。

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SBOC511。

请参阅在 30 秒内设计增益和失调电压。

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器