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一粒金砂(初级)

运放是否可以单电源供电?

这是很多人的疑问,经常被问到。放大器有两个供电管脚+V和-V, 分别为正电源管脚和负电源管脚。单电源供电时,+V为正电源,-V为地。所有的放大器都可以单电源或是双电源供电,最主要的区别是单/双电源供电时的输入信号和输出信号范围不同。参照ADI官方网站上的放大器选型表,见下图:

  • 如果希望单电源供电时,输入范围可以到0V,那么需要选择Rail to Rail红框中”选定值”下面的In to V-。当然双电供电时,意外着输入范围可以到负电源轨。
  • 如果希望单电源供电时,输入范围可以是0V~+V,那么需要选择红框中”选定值”下面的Both,也就是我们常说的轨到轨输入。选择Both之后,输出也是轨到轨输出。
  • 如果红框中”选定值”下面选择了Output,那么此时只有输出是轨到轨,输入不是。
  • 红框中”选定值”下面还有一个选项是In to V+,意思是输入范围可以到正电源轨。

这四种选项代表了不同应用对放大器输入输出信号范围的不同需求。

Power_2_1.jpg

在芯片资料里,有时会出现下图所示的“Single Supply”字样,这表示这颗器件在单电源供电时,输入范围最低可以到0V,与上面所说的“In to V-”是一个意思。一般把这种放大器叫单电源放大器。有句话说的好,不是所有的放大器都是单电源放大器,但所有的放大器都可以单电源供电工作。

Power_2_2.jpg  

单电源供电时,为了使电路能调理正负信号,放大器输入需要加入偏置电压。偏置电压如果由电源经过电阻分压来产生,需要小心。下左图为同相放大电路,右图为反相放大电路,直流偏置电路在同相输入端,由+Vs通过两个100kΩ电阻得到Vs/2的直流偏置电压。注意这里C2的取值,如果C2为0.1uF, 那么截止频率为32Hz(1/(6.28*50k*0.1u)=32Hz), 电源及电阻的噪声会被该低通滤波器滤除。大多情况下,建议使用更大的电容,比如10uF, 截止频率为0.3Hz从而滤除更多的噪声,使得直流偏置电压信号更干净。但更大的电容意外着上电后,输出需要更长的时间来稳定到Vs/2。

Power_2_3_DC Bias of single supply amp.jpg  

单电源供电,节省了负电源芯片的同时,也有诸多缺点。

  • 为实现更大的动态范围,需要选择较贵的单电源运放或是轨到轨运放。
  • 直流偏置电路中的电阻会带来额外的噪声。
  • 偏置电流流过直流偏置电阻会引入额外的直流电压误差。当然可以在负输入端加电阻来做平衡使得偏置电流的影响抵消,但有的运放是无法抵消的,且增加的电阻会带来噪声。
  • 为了滤除噪声加的大电容,使得直流偏置电路的时间常数很大,导致上电后输出会缓慢爬升到Vs/2。

有得必有失。

此帖出自模拟电子论坛
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ADI 的在线选型

普及了好多知识,谢谢分享

 


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一粒金砂(高级)

全部的运放都可以单电源供电,没有例外

全部的运放都可以双电源供电,没有例外

不要一惊一乍的


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