設計目標

設計の説明

この回路はAC信号を増幅し、電源電圧の1/2が中央となるよう出力信号をシフトします。入力信号のDCオフセットは0なので、グランドの上下両方にスイングすることに注意してください。この回路の主な利点は、アンプに負の電源がなくても、グランドより低いスイングの信号を入力できることです。

デザイン ノート

1. R₁ は AC 入力インピーダンスを設定します。R₄ は オペアンプ出力の負荷になります。
2. ノイズを減らし、安定性の問題を最小限に抑えるため、低い帰還抵抗を使用してください。
3. リニア出力スイングに基づいて出力範囲を設定します (A_ol の仕様を参照)。
4. 回路のカットオフ周波数は、アンプのゲイン帯域幅積(GBP)に依存します。R₄ と並列にコンデンサを追加すると、追加のフィルタリングを実現できます。また、R₄ と並列にコンデンサを追加することで、値の大きい抵抗を使用したときの回路の安定性も向上します。

設計手順

1. R₁ と R₄ を選択して、AC 電圧ゲインを設定します。
   ${\mathrm{R}}_1=1 \mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   ${\mathrm{R}}_4={\mathrm{R}}_1\times \left|{\mathrm{G}}_{\mathrm{ac}}\right|=1 \mathrm{k\Omega }\times \left|-10\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{V}}\right|=10\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
2. R₂ と R₃ を選択して、DC 出力電圧を 2.5V に設定します。
   ${\mathrm{R}}_3=4.99\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   ${\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{R}}_3\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{DC}}}-{\mathrm{R}}_3=\frac{4.99\mathrm{k\Omega }\times 5\mathrm{V}}{2.5\mathrm{V}}-4.99\mathrm{k\Omega }=4.99\mathrm{k\Omega }$
3. 低域カットオフ周波数 f_l の値を選択し、C₁ を計算します。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{l}}=16\mathrm{Hz}$
   ${\mathrm{C}}_1=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{l}}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 1 \mathrm{k\Omega }\times 16\mathrm{Hz}}=9.94\mathrm{\mu F}\approx 10\mathrm{\mu F}\text{ (Standard Value)}$
4. f_div の値を選択し、C₂ を計算します。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{div}}=6.4\mathrm{Hz}$
   ${\mathrm{R}}_{\mathrm{div}}=\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}=\frac{4.99\mathrm{k\Omega }\times 4.99\mathrm{k\Omega }}{4.99\mathrm{k\Omega }+4.99\mathrm{k\Omega }}=2.495\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{C}}_2=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_{\mathrm{div}}\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{div}}}=\frac{1}{2\times \mathrm{\pi }\times 2.495\mathrm{k\Omega }\times 6.4\mathrm{Hz}}=9.96\mathrm{\mu F}\approx 10\mathrm{\mu F}\text{ (Standard Value)}$
5. 高域カットオフ周波数 f_h は、この回路のノイズ ゲインと、デバイス (LMV981) のゲイン帯域幅 (GBW) により設定されます。
   $\mathrm{GBW}=1.5\mathrm{MHz}$

設計シミュレーション

AC シミュレーション結果

過渡シミュレーション結果

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツ、AC 結合 (HPF) 反転アンプのシミュレーション、SPICE 回路シミュレーション ファイル

テキサス・インスツルメンツ、AC 結合、単一電源、反転および非反転アンプ、リファレンス デザイン

設計に使用されているオペアンプ

設計の代替オペアンプ