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1.2.7 T形网络反相放大电路

当需要设计闭环增益 A v =-100且输入电阻 R i = R 1 =50kΩ的反相放大电路时,要求反馈电阻 R 2 为5MΩ。然而该电阻值在实际应用电路中使用并不现实,电阻值太大时准确度、稳定度、干扰抑制性均大大降低,所以通常采用T形网络提高反相放大电路的放大倍数。

图1.36为T形网络反相放大电路,表1.4为T形网络反相放大电路仿真元器件列表,整理得到电路放大倍数:

式中, R 1 为输入电阻,由输入信号决定; R 2 通常为10倍 R 1 阻值,然后再计算 R 3 R 4 阻值。为实现电路的稳定性和抗干扰性能,电阻值通常选择100kΩ以内。

图1.36 T形网络反相放大电路

表1.4 T形网络反相放大电路仿真元器件列表

(续)

图1.36中T形网络反相放大电路的放大倍数:

当输入信号为10mV时对电路进行仿真测试。

1.偏置点分析

利用偏置点分析计算小信号电压增益、输入阻抗、输出阻抗和每个元器件相对输出信号的灵敏度,仿真设置如图1.37所示。

图1.37 偏置点仿真设置

偏置点仿真分析结果如下。

(1)小信号特性

电压增益:V(VOUT)/V_VIN=-9.995E+01;约为-100

输入阻抗:INPUT RESISTANCE AT V_VIN=1.000E+03

输出阻抗:OUTPUT RESISTANCE AT V(VOUT)=1.390E-01

(2) 直流灵敏度

通过仿真分析结果可得:T形网络反相放大电压增益为-100;输入阻抗为1.000×10 3 Ω,即是 R 1 阻值;输出阻抗为1.390×10 -1 Ω;电阻 R 1 R 3 对输出电压最敏感,相对灵敏度分别为-1%和0.9%;电阻 R 2 R 4 灵敏度次之,所以电阻 R 1 R 3 的准确度和稳定度对电路输出稳定性至关重要。

2.瞬态和参数仿真分析

对电路进行瞬态和参数仿真分析,具体设置如图1.38和图1.39所示,仿真时间为2ms、最大步长为5μs;电阻 R 1 的阻值分别为1kΩ、0.5kΩ和0.25kΩ,对应放大倍数分别为-100、-200和-400。仿真结果如图1.40所示。

图1.38 瞬态仿真设置

图1.39 参数仿真设置

图1.40 输入和输出电压波形

瞬态和参数仿真波形具体如图1.40所示,当输入电压 V (IN) 为10mV正弦波时,输出电压 峰值电压分别为1V、2V和4V,电路分别实现-100倍、-200倍和-400倍反相放大。

正如期望所料,所有电阻值均小于100kΩ却实现百倍放大。与通常设计题目一样,以上设计不存在唯一解。但由于电阻值存在容许误差,所以放大器的实际增益值将会在一定范围内波动,读者可以进行蒙特卡洛和最坏情况分析进行验证。 lyeXSWkQq9zX/LbwMlCkr2uajOc1QUnn0QGpIAG/xhJRZgJ2okoSEXAzIlQchbAe

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