反相放大器电路设计步骤以及仿真

一.前言

所谓反相放大器电路，就是输入信号按比例放大，并且输出信号和输入信号相位相差180度，这意味着输入是正电平，那么输出就是负电平，反之亦然，通过Rf和Ri的阻值比例设置放大倍数，反向放大器电路有着优秀的线性特性，一般用作直流放大器，并且一般也用作跨导放大器，也就是把电流输入信号转化成电压输出信号。接下来我们就讲一下反相放大器电路的设计步骤以及仿真。

二.反相放大器电路设计以及仿真

1.设计指标如下：其中电路增益为：–3V/V；

输入		输出		频率	电源
最小电压	最大电压	最小电压	最大电压	f	VCC	VEE
-3V	+3V	-9V	+9V	2KHz	+15V	-15V

2.设计步骤

a.计算电路的传递函数：Vo=-Vi*Rf/Ri；

b.确定Ri的阻值：电路输入阻抗主要由Ri决定，那么Ri应该大于信号源的内阻，至少不能处于同一量级，因为输入信号其实是二者的分压比，这样比如信号源内阻是10欧姆，则Ri按1K来设置，这样信号源部分的增益误差大概是1%。

c.根据电路增益计算反馈电阻的阻值Rf；

由传递函数可以计算出Rf=2*1000=2000Ω；

d.带宽问题，当谈到放大器的带宽时,我们讨论的其实一般是小信号带宽，小信号带宽由同相增益和运算放大器增益带宽积(GBP) 决定。信号带宽=增益带宽积/噪声增益，那么什么是噪声增益呢？我们在设计电路时一般关注的是信号增益，噪声增益其实是与运算放大器输入端串联的噪声源的增益，它的定义就是等于它等于同向放大器电路的信号增益；

所以噪声增益=1+Rf/Ri=4；可以得出增益带宽积为4*2KHz=8KHz；所以我们所选运放的增益带宽积要大于8

e.根据信号频率计算一下最小的输出压摆率要求：

SR>2*3.14*9V*2KHz=0.113V/us；

综上我们选择选型TL051运放：

共模输入电压范围满足要求

输出电压范围满足要求：

带宽满足要求：

压摆率满足要求：

接下来进行仿真验证：

仿真电路图：

直流输出特性仿真结果：

交流仿真结果：

三.总结

由直流仿真以及交流仿真结果可知直流输出电压，以及交流特性都达到了设计目标值，需要注意的就是计算带宽的时候要用噪声增益而非信号增益哦。

审核编辑：汤梓红