單電源供電集成運(yùn)放的應(yīng)用.doc

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1、單電源供電集成運(yùn)算放大器的電路及其應(yīng)用一、單電源運(yùn)放應(yīng)用：基礎(chǔ)知識　　大多數(shù)集成運(yùn)算放大器電略部采用正、負(fù)對稱的雙電源供電，在只有一組電源的情況下，集成運(yùn)算放大器也能正常工作。圖1所示為兩種采用單電源供電的供電電路?！　〔捎脝坞娫磳蛇@算放大器供電的常用方法是，把集成運(yùn)算放大器兩輸入端電位抬高（且通常抬高至電源電壓的一半，即E＋/2），抬高后的這個(gè)電位就相當(dāng)于雙電源供電時(shí)的“地”電位，因此在靜態(tài)工作時(shí)，輸出端的電位也將等于兩輸入端的靜態(tài)電位，即E＋/2?！　D中，集成運(yùn)算放大器兩輸入端抬高的電壓

2、由R4、R5對電源分壓后產(chǎn)生，約等于E+/2；C2為濾波電容；C1和C3分別為輸入、輸出隔直電容。為了減小輸入失調(diào)電流的影響，圖1（a）中R1應(yīng)等于R2與R4的并聯(lián)值，圖1（b）中R1應(yīng)等于R2與R3的并聯(lián)值?！　D1（a）為反相輸入方式，電路的交流放大倍數(shù)為R4/R3=100倍；圖1（b）為同相輸入方式，電路的交流放大倍數(shù)為R3/R2=10倍。單電源運(yùn)放應(yīng)用圖集(一)：基礎(chǔ)知識我們經(jīng)?？吹胶芏喾浅＝?jīng)典的運(yùn)算放大器應(yīng)用圖集，但是這些應(yīng)用都建立在雙電源的基礎(chǔ)上，很多時(shí)候，電路的設(shè)計(jì)者必須用單電源供電

3、，但是他們不知道該如何將雙電源的電路轉(zhuǎn)換成單電源電路。在設(shè)計(jì)單電源電路時(shí)需要比雙電源電路更加小心，設(shè)計(jì)者必須要完全理解這篇文章中所述的內(nèi)容。1．1電源供電和單電源供電所有的運(yùn)算放大器都有兩個(gè)電源引腳，一般在資料中，它們的標(biāo)識是VCC＋和VCC－，但是有些時(shí)候它們的標(biāo)識是VCC＋和GND。這是因?yàn)橛行?shù)據(jù)手冊的作者企圖將這種標(biāo)識的差異作為單電源運(yùn)放和雙電源運(yùn)放的區(qū)別。但是，這并不是說他們就一定要那樣使用――他們可能可以工作在其他的電壓下。在運(yùn)放不是按默認(rèn)電壓供電的時(shí)候，需要參考運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊，特別是

4、絕對最大供電電壓和電壓擺動說明。絕大多數(shù)的模擬電路設(shè)計(jì)者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運(yùn)算放大器，比如圖一左邊的那個(gè)電路，一個(gè)雙電源是由一個(gè)正電源和一個(gè)相等電壓的負(fù)電源組成。一般是正負(fù)15V，正負(fù)12V和正負(fù)5V也是經(jīng)常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的，還包括正負(fù)電壓的擺動幅度極限Vom以及最大輸出擺幅。單電源供電的電路(圖一中右)運(yùn)放的電源腳連接到正電源和地。正電源引腳接到VCC＋，地或者VCC－引腳連接到GND。將正電壓分成一半后的電壓作為虛地接到運(yùn)放的輸入引腳上，這時(shí)運(yùn)放的輸出

5、電壓也是該虛地電壓，運(yùn)放的輸出電壓以虛地為中心，擺幅在Vom之內(nèi)。有一些新的運(yùn)放有兩個(gè)不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊中會特別分別指明Voh和Vol。需要特別注意的是有不少的設(shè)計(jì)者會很隨意的用虛地來參考輸入電壓和輸出電壓，但在大部分應(yīng)用中，輸入和輸出是參考電源地的，所以設(shè)計(jì)者必須在輸入和輸出的地方加入隔直電容，用來隔離虛地和地之間的直流電壓。(參見1.3節(jié))圖一通常單電源供電的電壓一般是5V，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓擺幅會更低。另外現(xiàn)在運(yùn)放的供電電壓也可以是3V也或者會更低。出于這個(gè)

6、原因在單電源供電的電路中使用的運(yùn)放基本上都是Rail－To－Rail的運(yùn)放，這樣就消除了丟失的動態(tài)范圍。需要特別指出的是輸入和輸出不一定都能夠承受Rail－To－Rail的電壓。雖然器件被指明是軌至軌(Rail－To－Rail)的，如果運(yùn)放的輸出或者輸入不支持軌至軌，接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會使運(yùn)放的功能退化，所以需要仔細(xì)的參考數(shù)據(jù)手冊是否輸入和輸出是否都是軌至軌。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會退化，這是設(shè)計(jì)者的義務(wù)。1.2虛地單電源工作的運(yùn)放需要外部提供一個(gè)虛地，通常情況下，這個(gè)電壓是

7、VCC/2，圖二的電路可以用來產(chǎn)生VCC/2的電壓，但是他會降低系統(tǒng)的低頻特性。圖二R1和R2是等值的，通過電源允許的消耗和允許的噪聲來選擇，電容C1是一個(gè)低通濾波器，用來減少從電源上傳來的噪聲。在有些應(yīng)用中可以忽略緩沖運(yùn)放。在下文中，有一些電路的虛地必須要由兩個(gè)電阻產(chǎn)生，但是其實(shí)這并不是完美的方法。在這些例子中，電阻值都大于100K，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，電路圖中均有注明。1.3交流耦合虛地是大于電源地的直流電平，這是一個(gè)小的、局部的地電平，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)電勢問題：輸入和輸出電壓一般都是參考電源地

8、的，如果直接將信號源的輸出接到運(yùn)放的輸入端，這將會產(chǎn)生不可接受的直流偏移。如果發(fā)生這樣的事情，運(yùn)放將不能正確的響應(yīng)輸入電壓，因?yàn)檫@將使信號超出運(yùn)放允許的輸入或者輸出范圍。解決這個(gè)問題的方法將信號源和運(yùn)放之間用交流耦合。使用這種方法，輸入和輸出器件就都可以參考系統(tǒng)地，并且運(yùn)放電路可以參考虛地。當(dāng)不止一個(gè)運(yùn)放被使用時(shí)，如果碰到以下條件級間的耦合電容就不是一定要使用：第一級運(yùn)放的參考地是虛地第二級運(yùn)放的參考第也是虛地這兩級運(yùn)放的每一級都沒有增益。任何直流偏置在任何一級中都將被乘以增益，并