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：
直流扫描验证电路增益：
交流仿真分析：
-3dB带宽约为3.4MHz
Part 05 注意事项
1.确保运算放大器在指定的线性工作范围内工作，通常参考数据手册中“开环增益 (AOL) 测试条件”下的线性输出摆幅范围，超出此范围可能导致非线性失真。
2.确保运放的电源电压适合输入和输出电压范围。例如，对于±15V的双电源供电，输出电压应留有一定裕量，通常小于±13V。
3.考虑输出负载影响，大负载可能导致输出摆幅进一步缩小，需检查数据表中的输出电压范围。
4.输入阻抗由输入电阻Rin决定，应确保其显著大于信号源输出阻抗，以减少信号源负载效应。Rin通常为信号源阻抗的10倍或更高。如果信号源阻抗较高，可在运放前级加缓冲电路（如同相跟随器）以提升输入阻抗。
5.高阻值电阻可能在反馈回路中引入寄生电容，导致相位裕度减小，从而降低系统稳定性。选择适中的电阻值，通常在1kΩ至 100kΩ之间。若需使用较大的电阻值，可通过加入补偿电容（与反馈电阻并联）来改善稳定性。
6.电容直接连接到运放输出端可能引起相位滞后，导致闭环反馈系统不稳定。在电容和输出之间串联一个小电阻，如10Ω至 100Ω以减小反馈延迟的影响。或使用专用驱动大电容负载的运放型号，或者通过输出缓冲电路隔离负载。
7.检查数据手册中的压摆率参数和最大输出电压-频率曲线，确保其满足设计需求。对于高频信号或大幅值信号，选择高压摆率的运放型号。