高增益反相比例放大器設(shè)計(二)

【任務(wù)】設(shè)計一個反相比例放大器，放大倍數(shù)為200，輸入電阻Ri為200k(與前級電路阻抗匹配)，輸入電壓ui為0~±50mV直流。

【構(gòu)思】承接上篇的設(shè)計成果：

一. 反饋電阻Rf初算

設(shè)計要求放大倍數(shù)|A|=200，又|A|=Rf/Ri=Rf/200，Rf=200*200=40000k=40M?？墒歉哌_(dá)40M的電阻非常罕見，而且大電阻的工作穩(wěn)定性，抗干擾能力很差，壽命也短，所以最好不使用超過1M的電阻。我們不得不對上面的電路進(jìn)行改良：設(shè)法將反饋電阻Rf減小。

觀察式子|A|=Rf/Ri，要保持|A|=200，Ri=200k不變，而使Rf減小，必須在等式右邊乘一個大于1的系數(shù)，即：|A|=k*Rf/Ri，其中k>1。我們知道電阻分壓比會形成一個小于1的系數(shù)，那么分壓系數(shù)的倒數(shù)就大于1了?？蓢L試下面的電路：

對上圖有如下的直觀設(shè)計意圖分析，教科書及全網(wǎng)不曾有：Ri不變，減小Rf，將導(dǎo)致放大倍數(shù)A減小。為了不使A減小，必須減小負(fù)反饋量，所以輸出uo需分壓后反饋給輸入端。這樣推理的前提是有如下常識：如果加大負(fù)反饋，增益(放大倍數(shù))減小，反之增大。上面的電路可使用較小的反饋電阻實現(xiàn)高增益放大。

二. 高增益放大電路分析

根據(jù)運(yùn)放的“虛短虛斷”原理，可得到下面的方便計算的簡化電路：

Ri與Rf串聯(lián)，電流相等(注意電壓參考方向)：ui/Ri=(0-uo1)/Rf，uo1= -ui*Rf/Ri;

uo被R1和R2分壓：uo1=uo*R2/(R1+R2);

綜合上面兩式，可得到：|A|=uo/ui=Rf*(R1+R2)/(Ri*R2)。

【計算】計算依據(jù)是下面的電路及公式|A|=uo/ui=Rf*(R1+R2)/(Ri*R2)：

輸出uo最大值為50mV(很小的信號)，為計算方便，Rf不妨取與Ri一樣的阻值200k，

根據(jù)|A|=Rf*(R1+R2)/(Ri*R2)，代入|A|=200，Ri=200k，Rf=200k，200=200*(R1+R2)/(200*R2)，解得：R1=199R2。試湊標(biāo)準(zhǔn)阻值，R2=100Ω，R1=19900Ω=19.9k≈20k。

Rp是為了使“零輸入零輸出”，等效電路如下：

計算Rp時，因為相較于Rf，R1、R2小得多，可以認(rèn)為uo1接地，于是得到下面的電路：

為使同相端與反相端平衡，Rp=Ri//Rf=200//200=200/2=100k。

至此，電路構(gòu)建及參數(shù)計算完畢，最終得到滿足設(shè)計要求的電路：