廖旭 廊坊师范学院信息技术提高班第十一期

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什么叫单电源供电运放?

运放本质是一个类似OCL功率放大器的电路。差分输入级,中间电压放大器,末级互补推挽输出级。

BG1、BG2是输入级,BG3是恒流源负载,BG4、BG5是第二差动放大器,BG6是电压放大器或者叫中间放大级,BG7、BG8则是互补推挽输出。

当上图电路用双电源供电使,输出Vo即不可达到正电源电压,也不能达到负电源电压。因为输出管BG7,BG8总有一定的压降,这个压降来自CE结压降。

如果把负电源端接地,正电源接2倍的VCC,然后通过在输入加偏置,使之输出静态情况为VCC,这就是所谓的双电源改成单电源供电,说白了只是参考点发生了变化,由中点变成了负电源端。也就是负电源端是0V,因为运放输出到不了负电源,,也就到不了0V。所以,一般双电源运放改单电源最大的问题,输出到不了0V(即最低电压值)。

单电源运放这个词的意思,根本不是单电源能放大交流的意思,而是单电源供电时,最低输出电压能到0V。

LM358电路中Q7,以及Q7下端那个恒流源的作用就是让最低输出电压能达到0V。一般来说,输出电压下降到Q13的C-E间饱和压降(VCE)就无法再下降了。但这种特殊设计,使得电压进一步下降时,电流还可以从恒流源中通过。最终输出电压,最低可以只有几十个mv,这就是单电源供电运放的特殊设计。

单电源的意思是:输出能够尽可能接近负电源电压,如果用单电源供电,输出能够尽可能接近0V。如果用某种特殊的设计,使得输出既可以尽可能接近负电源电压,又可以尽可能接近正电源电压,那就叫做轨到轨(Rail-to-Rail)运放。

也就是,三种运放对比:

普通运放:输出即无法达到负电源电压,也无法达到正电源电压。

单电源运放:输出可以达到负电源电压,但无法达到正电源电压。

轨到轨运放:输出既可以达到负电源电压,又可以达到正电源电压。

对于单电源运放放大交流信号的问题?答案是不能放大交流,因为它的最低输出是0V,而交流有负值。所以任何运放单电源供电都不能直接放大交流。那怎么办呢?办法就是模拟双电源情况,让运放静态(无交流输入时),输出为电源电压的一半。这样加入交流输入,输出就在电源电压一半上下摆动,换而言之,输出是一个交流叠加在直流上,然后用电容器隔断直流,就取出交流信号了。那么,这种让运放静态时,输出为电源电压一半的电路就叫做偏置电路。偏置电路的设计方法有多种,但无论哪种,基本原则都是让运放静态时输出为电源电压的一半。

如上图,RF和R1构成常规反相放大器。C1和C2是输出的隔直电容,不可省略!R2、R3是偏置电路,如果R2=R3,那么输出Vo(DC)就是电源电源的1/2。

总结:单电源运放一般适合放大从0V开始的直流信号,如果想放大交流信号只需加入偏置电路,改变运放的参考点。

世俗的纷扰,生活的琐碎使人精疲力尽,

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