单电源运放和双电源运放及其供电方式选择与转换的注意事项
文章目录
- 前言
- 一、运放之双电源供电和单电源供电
- 1. 如何区分单电源运放和双电源运放
- 2. 单电源供电运放特性
- 3. 运放的两种供电模式转换
- 4. 单端偏置的缺陷
- 二、仿真验证
- 1. 两阶高通滤波放大电路(两端偏置)
- 2. 两阶高通滤波放大电路(单端偏置)
- 3. 两阶高通滤波放大电路(单端偏置,增益k = 1)
- 参考
前言
运放作为模拟电路的主要器件之一,在供电方式上分为单电源供电和双电源供电两种。而单电源运放和双电源运放的区别与联系以及如何选择和转换运放的供电方式是运放运用过程中不可回避的基础知识。本文参考部分资料,分析和总结了上述知识点,并基于OPA836搭建了两阶高通滤波放大电路对所述知识点进行了简单的验证。
本文仿真基于Multisim;
一、运放之双电源供电和单电源供电
运放作为模拟电路的主要器件之一,其供电方式分为单电源供电和双电源供电两种,这是由运放的芯片结构所决定的。
最初,为满足信号放大线性度的要求,运放均采用双电源供电方式:一个正电源(+Vcc+Vcc+Vcc),一个负电源(−Vcc-Vcc−Vcc)且绝对值相同;后来,随着产品对便携、低功耗的性能追求,逐渐推出了采用单电源供电方式的运放,以适应这种减少电源个数降低电源电压的节能需求,但原有的双电源供电功能仍然保留;
1. 如何区分单电源运放和双电源运放
在运放的datasheet上,
如果电源电压写的是(2.5V - 5.5V)或者 (±1.25V - ±2.75V ),如OPAx836,则这个运放就是单电源运放,其既能够由单电源供电,也能够由双电源供电;
如果电源电压写的是(±15V),如LM741,则这个运放就是双电源运放,仅能采用双电源供电。
2. 单电源供电运放特性
由单电源供电的单电源运放,只能放大对地为正(同向输入)或为负(反向输入)的直流电压,若信号为输入为对地的交流信号时,则只能放大其正半波(同向输入)或负半波(反向输入),另一半波会因为截止而产生严重失真。
a)同相输入放大电路
单电源供电的同向输入运放要求输入电压不能为负
b)反相输入放大电路
单电源供电的反向输入运放要求输入电压不能为正
为了得到不失真的交流放大信号,需要在输入端叠加一个偏置电压,一般为1/2Vcc1/2 Vcc1/2Vcc。
3. 运放的两种供电模式转换
其实,在实际应用中,无论是单电源运放还是双电源运放都能采用单电源、双电源的供电模式。
具体使用方式如下:
① 在放大直流信号时,如果采用双电源运放,则最好选择正负双电源供电,否则输入信号幅度较小时,可能无法正常工作;如果采用单电源运放,则单电源供电或双电源供电都可以正常工作;
② 在放大交流信号时,无论是单电源运放还是双电源运放,采用正负双电源供电都可以正常工作;
③ 在放大交流信号时,无论是单电源运放还是双电源运放,简单的采用单电源供电都无法正常工作。对于单电源运放,表现为无法对信号的负半周放大(同向输入),而双电源运放则无法正常工作。要采用单电源,就需要所谓的“偏置电压”。而加偏置电压的结果是把供电所采用的单电源相对的变成“双电源”。
以同向输入放大为例,具体电路如上图:在输入点上加上Vcc/2的直流偏置电压。各点的电位:VccVccVcc是VccVccVcc,ininin是Vcc/2Vcc/2Vcc/2,−Vcc-Vcc−Vcc是GND。然后把各点的电位减去Vcc/2Vcc/2Vcc/2,则VccVccVcc是Vcc/2Vcc/2Vcc/2,ininin是0,−Vcc-Vcc−Vcc是−Vcc/2-Vcc/2−Vcc/2,相当于是“双电源”。
在真正的双电源供电中,输入端的电位相对于输入信号电压是0,动态电压是VccVccVcc是+Vcc+Vcc+Vcc,ininin是0+Vs0+Vs0+Vs,−Vcc-Vcc−Vcc是−Vcc-Vcc−Vcc,而偏置后的单电源供电是VccVccVcc是+Vcc+Vcc+Vcc,ininin是Vcc/2+VsVcc/2+VsVcc/2+Vs,−Vcc-Vcc−Vcc是GND,相当于VccVccVcc是Vcc/2Vcc/2Vcc/2,ininin是0+Vs0+Vs0+Vs,−Vcc-Vcc−Vcc是−Vcc/2-Vcc/2−Vcc/2,与双电源供电相同,只是电压范围仅为双电源电压的一半,输出电压幅度相应会比较小。
4. 单端偏置的缺陷
如上图所示,仅对运放的一端增加了1/2Vcc1/2 Vcc1/2Vcc的对地偏置电压,另一端则直接接地,这存在以下问题:
① 在反向输入的情况下:理论输出为负,单电源运放的下限接近0V,因此输出电压也接近0V,信号严重失真;
② 在正向输入的情况下:1/2Vcc1/2 Vcc1/2Vcc的偏置电压也被放大,叠加上交流放大信号后很容易超过电源电压,而该部分将不被放大,同样导致信号严重失真。
因此,运放工作在单端偏置电压的情况下,交流信号不能获得有效的放大倍数。
在针对交流信号放大的实际运放中,放大信号一端叠加偏置电压后,另一端也要叠加偏置电压,如下图
其中,采用耦合电容将运放电路和其他电路进行直流隔离,防止各部分直流电位的相互影响。
二、仿真验证
1. 两阶高通滤波放大电路(两端偏置)
描述: 两阶高通滤波器截止频率为8.0kHz,因此源(V1+V4)中仅高频信号源V1通过,并被放大1+15/15倍。
仿真波形如下:
2. 两阶高通滤波放大电路(单端偏置)
描述: 两阶高通滤波器截止频率为8.0kHz,因此源(V1+V4)中仅高频信号源V1通过,在同向端加直流偏置电压(1.65V,即1/2Vcc1/2Vcc1/2Vcc),因此信号(1/2Vcc1/2Vcc1/2Vcc + V1)被一同放大1+15/15倍。超出电源电压,导致信号严重失真。
3. 两阶高通滤波放大电路(单端偏置,增益k = 1)
描述: 两阶高通滤波器截止频率为8.0kHz,因此源(V1+V4)中仅高频信号源V1通过,在同向端加直流偏置电压(1.65V,即1/2Vcc1/2Vcc1/2Vcc),因此信号(1/2Vcc1/2Vcc1/2Vcc + V1)被一同放大1+15/1500倍。未超出电源电压,信号不失真,但交流信号放大倍数受限。
以上便是本文的全部内容,希望本文能对大家理解单电源运放、双电源运放及其供电方式的选择与转换有所帮助。
当然,本文内容如有错误或不严谨之处,也恳请大家及时指出,谢谢!
参考
单电源运放添加偏置电压的原因 - 越泽 - 博客园
运放的单电源供电与双电源供电的区别 - jkstdio.h的博客 - 博客频道 - CSDN.NET
单电源运放和双电源运放及其供电方式选择与转换的注意事项相关推荐
- 运放-单电源运放和双电源运放
本文转自:http://www.sohu.com/a/321387578_100281310 (1)分析分析: 单电源运放和单电源运放 1.1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚, ...
- 单电源运放和双电源运放的区别
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心,设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容. 1.1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚,一般在资料中,它们的标识是VCC+和VCC-,但 ...
- 单电源运放和双电源运放有什么区别?
http://www.360doc.com/content/19/0618/16/2428535_843332757.shtml
- 什么是单电源运放,什么是双电源运放?
什么是单电源运放,什么是双电源运放? 从本质上讲,运放并无单双电源之分,只有你设计的放大电路有单双电源之分. 一般大家所谓的单电源就是以地为参考,例如,0V-+5V,那么负电源轨是0V,正电源轨是+5 ...
- 双电源运放全波整流电路
交流信号采集,通常采用专用的电能芯片和互感器去实现.若能写芯片的驱动程序,实现交流信号的数据采集,还是很容易的,就是硬件成本较高.下面是一个硬件成本较低的.交流电压信号全波整流电路,在实际应用中,经常 ...
- 运放专题:运放输出电压
运放输出电压 定义:在给定电源电压和负载情况下,输出能够达到的最大电压范围.或者给出正向 最大电压 VOH 以及负向最小电压 VOL--相对于给定的电源电压和负载:或者给出与电 源轨(rail)的差距 ...
- 运放-1-理想运放与虚断虚短的来源
今天开始,聊一聊运放吧,之前很多兄弟们也提了这个要求.正好我最近也想深入看看运放方面的,那么就借这个机会一步一步再搞一搞吧. 运放这个器件相对于电阻,电容,三极管,MOS管等器件算是比较复杂的,而且电 ...
- 运放专题:运放电路振铃产生的原因及解决办法
写在前面 想必大家都学过运算放大电路,然而电路参数稍微处理不好便会导致你设计的运算电路效果大大折扣.振铃在运算放大电路中是经常出现的问题,因为参数的问题或者PCB板硬件本身的问题,往往导致你设计的放大 ...
- 运维经理的运维经验总结
1. 域名 从买域名开始,要买多个域名,50个甚至100个.分为主域名和推广域名(给推广链接用的).要从godaddy上买域名,因为这里的域名稳定,不会出现被***等事情.同时还要买域名保护,这样互联 ...
最新文章
- 计算机科学与技术第6次上机实验报告,计算机科学与技术第次实验报告-20210602214116.docx-原创力文档...
- 离个职居然还用上了叫号机,差点以为在医院...
- 十天学会AngularJS之02
- IPTABLES简单应用说明和Linux下IPTABLES配置详解
- Lync Server外部访问系列PART5:模拟公网DNS
- leetcode 148 --- 链表排序
- java xml dom4j 解析_Java使用DOM4J解析XML
- PrintStream 打印流、System 剖析、Java 16 进制转换
- Python 实用技巧
- vim编辑器常用命令整理
- 使用Git bash软件计算文件MD5值
- ae制作小球轨迹运动_教你如何用AE做出动画效果
- 链表-快慢指针(C++)
- 优秀IT技术文章集(最新)(高质量)
- 您选择的分区不支持无损调整容量操作
- 总体标准差、样本标准差、标准误差
- nginx(项目部署)linux版
- 《计算机软件基础》实验一
- 2020年非上海生源应届普通高校毕业生落户材料办理流程及注意事项
- 新浪微博应用开发入门
热门文章
- 转:VNX存储下,连接各平台主机的Failover Mode 设置的参数
- 翠翠 Ghost Windows XP SP3 完整全功能纯净版 2013.6.18
- Be accepted for inclusion in the IEEE INFOCOM 2018 technical program
- 如何用revit打不开服务器文件,Revit官方教程丨关于打开Revit文件
- 2011年11月1日(梁)
- Endnote批量导入文献
- WPS PDF文档如何取消高亮
- 前端网页兼容电脑笔记本分辨率放大125%、150%的办法
- 74循环码matlab,基于matlab的(7,4)循环码的编译仿真.docx
- 计算机硬件相关文献,计算机硬件维护外文外文 计算机硬件维护专著类参考文献哪里找...