原理+计算+仿真+电路设计避雷总结，1200字手把手教你学会用运放搭建反相放大电路

原创硬件那点事儿 2025-01-24 08:05

详解状态监控系统的数据采集技术 芯片现货市场行情分析

▼关注微信公众号：硬件那点事儿▼

Part 01

前言

反相放大电路是电子电路中常用的一种基本放大电路，主要功能是将输入信号的极性反转并按一定倍数放大。反相放大电路会将输入信号反转，即极性翻转，这在某些需要改变信号相位的应用中非常有用，例如：音频或视频处理系统中进行信号相位调整。形成差分信号，结合一个正相信号和一个反相信号，反相放大电路也可以与电容、电感结合，形成有源滤波器，用于选择性放大特定频段的信号，比如高频通信中的带通滤波器，音响系统中的低通或高通滤波器。反相放大电路还可用于实现模拟计算功能。例如加法运算，通过引入多个输入通道实现加法电路。微分或积分运算，结合电容可构建微分器或积分器。

今天我们就详细讲一讲反相放大电路的计算以及仿真。

Part 02

电路设计指标

输入电压：±1V的正弦波电压，频率10KHz

输出电压：±1V的正弦波电压，频率10KHz

分析：

输出电压±1V，这意味着运放需要采用双电源供电，我们采用±15V电源为运放供电。

Part 03

设计步骤

1.反相放大电路的输入输出传递函数：

Vo=Vin*G=Vin*(-R2/R1）

2.输入电压

±1V的正弦波电压，频率10KHz，输出电压：±1V的正弦波电压，频率10KHz，从而可以得到电路的增益G为-1V/V。

3.计算R1和R2的电阻值

-R2/R1=-1

R2/R1=1

一般来说，输入阻抗R1的值应该显著大于信号源内阻，以减少信号源的负载效应。如果信号源内阻为100Ω，可以选择R1≥10kΩ。电阻的热噪声（Vn=√4kTR△f）随电阻值增大而增加，对噪声有需求的话，避免使用过大的电阻值。例如Rf和Rin通常选择在 1kΩ到100kΩ 之间。如果对噪声不敏感的应用可以使用更大的电阻值。

如果R1=10K，那么R2=10K。

4.评估需要所选运放的压摆率指标

运放的压摆率（Slew Rate）是描述运算放大器动态性能的一个关键参数，表示运放输出电压随时间变化的最大速率，单位通常为V/μs。当输入信号频率或幅度较高时，若运放的压摆率不足，输出信号将无法正确跟随输入信号变化，导致波形失真。当输出信号欲实现比这个速率还快的变化时，运放就不能提供了，导致输出波形变形一一原本是正弦波就变成了三角波。

SR=2*3.14*Va*f=2*3.14*1V*10KHz=0.0628 V/μs

我们在选择运放时，要确保所选运放的压摆率>0.0628 V/μs才行。

5.增益带宽积（GBP）限制了电路的频率响应。增益电路的增益G与运放的带宽f满足

G*f=1*10KHz=10KHz<运放的增益带宽积GBW

我们在选择运放时，要确保所选运放的增益带宽积GBW>10KHz才行。

Part 04

仿真结果

输入输出信号波形：