高增益反相比例放大器設(shè)計(jì)(一)

【任務(wù)】設(shè)計(jì)一個(gè)反相比例放大器，放大倍數(shù)為200，輸入電阻Ri為200k(與前級(jí)電路阻抗匹配)，輸入電壓ui為0~±50mV直流。

【構(gòu)思】最直接的想法是根據(jù)運(yùn)放的虛短虛斷原理，構(gòu)建輸入輸出反相比例放大關(guān)系式：A=uo/ui=-Rf/Ri，使用uA741運(yùn)放。

一. 確定運(yùn)放電源電壓

最大輸入電壓為50mV，放大倍數(shù)A=200，輸出最大電壓為200*50*10^(-3)=10V，運(yùn)放的電源電壓必須必最大的輸出電壓10V大，而且輸出電壓有正負(fù)，所以選擇典型的±15V作為運(yùn)放的電源。

二. 構(gòu)建反相比例放大器

觀察式子 A=uo/ui=-Rf/Ri，發(fā)現(xiàn)它與電阻分壓公式很像，只是多了一個(gè)負(fù)號(hào)而已?；镜碾娮璺謮弘娐啡缦拢?/p>

遺憾的是，上面的電阻分壓電路關(guān)系式為：uo/ui=Rf/(Ri+Rf)，沒(méi)有負(fù)號(hào)，分母也不對(duì)。怎么辦?我們不妨試錯(cuò)碰碰運(yùn)氣，挪一挪接地點(diǎn)的位置，比如變成下面的電路：

試算一下上圖的關(guān)系，因?yàn)榇?lián)電阻的電流相等(顯然接地點(diǎn)電位為0)，所以(ui-0)/Ri=(0-uo)/Rf，稍作變化就得到：uo/ui=-Rf/Ri，這與前面的設(shè)計(jì)要求不謀而合，運(yùn)氣不錯(cuò)!

設(shè)計(jì)到此就完結(jié)了嗎?不是!電阻分壓電路的最大缺陷是輸入阻抗太小(這會(huì)影響前級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)能力)，而且輸入與輸出會(huì)共變共擾?；谝陨先秉c(diǎn)，我們必須在輸入信號(hào)ui與輸出信號(hào)uo之間加入一個(gè)高阻抗，而且有信號(hào)放大能力的器件，運(yùn)放是首選(以u(píng)A741為例，前面已確定采用±15V電源)：

怎樣融合上面兩個(gè)電路，這樣花點(diǎn)心思。首先要明白：負(fù)反饋可以獲得穩(wěn)定的放大倍數(shù)(正反饋不能)，所以Rf必須跨接在輸入端與輸出端，而且輸入端必須接反相端，也就是說(shuō)：輸出信號(hào)的變化方向與反相輸入端的變化方向相反，一個(gè)增加則另一個(gè)減小，一個(gè)減小則另一個(gè)增加。

上面已說(shuō)過(guò)，輸入信號(hào)ui必須接到反相端，而且輸入電阻為Ri，輸出uo當(dāng)然是運(yùn)放的輸出：

因?yàn)镽i與Rf的連接處須接地，而運(yùn)放有虛短的特性(雖然與GND同電位，但阻抗極高)，所以運(yùn)放的同相端接地在電位上與在反相端接地是等效的：

再次重申：雖然運(yùn)放2,3腳與GND等電位，但是2,3腳之間有很大的阻抗，這與等電位的絕緣體類(lèi)似。

構(gòu)思到這里，上面的電路依然有缺陷：即使當(dāng)ui=0時(shí)，由于同相與反相輸入的外部電路不對(duì)稱(chēng)，uo依然不為0，這會(huì)給后級(jí)電路帶來(lái)麻煩。因此，必須使“零輸入零輸出”，可在同相端接入一個(gè)電阻(稱(chēng)為平衡電阻Rp):

關(guān)于平衡電阻Rp的計(jì)算，請(qǐng)看下回分解。

(未完待續(xù))