运放的单电源供电与双电源供电的区别

单电源供电运放电路设计

模拟电路设计，在学习中还属于薄弱环节。以设计单电源供电、由运用运放构成、输入方波、输出三角波的电路为例，探讨一下设计中一些需要考虑的问题。

1. 运放双电源供电

运放通常使用正负相等的双电源供电，输入信号和输出信号均以“地”（电位为0）为参考点。

+-RC+--+ivovCCVCCVRmVm-V

图 1.1

图1.1双电源供电电路需要关注如下问题：

（1）电路的静态（输入信号为0，输入端接地）时，同相、反相输入端直流电位应近似为0（理想为0），输出端为0（0为运放理想情况，实际可能相差较大，因为运放开环具有极高增益、且有运放的失调、R的差异等）。静态输出不为0的解决办法是：在电容上并联一个100--500倍R的电阻，使电路在静态时形成-100到-500倍增益的放大电路，选用100—500倍R的并联电阻，是让RC的积分特性仍近似为RC确定（100-500R的影响近似忽略）。此时输出静态电压若还有较小的输出静态电位偏差（指不为0），可通过运放的调零电路解决。电路如图1.2所示。

+-RC+--+ivovCCVCCVR100RmVm-V

图1.2

（2）运放反相输入端的电阻，称为静态平衡（匹配）电阻，主要抵消运放输入电流在输入端产生微小差模直流电压。这里需要注意，运放的两个输入端必须有直流通路，为其提供输入电流，这样运放才能在放大状态下正常工作。LT1226运放内部的输入部分电路见图1.3。除加电源外，只有给运放内部T1、T2的基极适当的直流偏置（适当的直流电位及基极电流），才能工作于放大区。 R5R6R3R4调零 18 调零T3T4T2T1RE2RE1IEE32（ ）（

）图1.3

2. 运放单电源供电

运放使用单电源供电，需要将电路的静态工作电位调整到0.5VCC。即两个输入端及输出端的静态电位均应为0.5VCC。解决的办法之一是通过两个电阻分压，提供给运放的输入端。类似与晶体管电路中讲到的分压式负反馈偏置电路，分压电路需要有稳定的分压值，使基极电流的影响可以忽略。电路见图1.4。

运放作为低频电路的主要元件之一，在供电方式上有单电源和双电源两种，而选择何种供电方式，是初学者的困惑之处，本人也因此做了详细的实验，在此对这个问题作一些总结。

首先，运放分为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（＋3V-＋30V）/（±1.5V-±15V）如324，则这个运放就是单电源运放，既能够单电源供电，也能够双电源供电；如果电源电压是（±1.5V-±15V）如741，则这个运放就是双电源运放，仅能采用双电源供电。

但是，在实际应用中，这两种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，则只能选择正负双电源供电，否则无法正常工作；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，而双电源运放无法正常工作。要采用单电源，就需要所谓的“偏置”。而偏置的结果是把供电所采用的单电源相对的变成“双电源”。具体电路如图：首先，采用耦合电容将运放电路和其他电路直流隔离，防止各部分直流电位的相互影响。然后在输入点上加上Vcc/2的直流电压，分析一下各点的电位，Vcc是Vcc,in是Vcc/2,－Vcc是GND,然后把各点的电位减去Vcc/2，便成了Vcc是Vcc/2,in是0,－Vcc是－Vcc/2,相当于是“双电源”！！在正式的双电源供电中，输入端的电位相对于输入信号电压是0，动态电压是Vcc是＋Vcc,in是0＋Vin,－Vcc是-VCC，而偏置后的单电源供电是Vcc是＋Vcc,in是Vcc/2+Vin,－Vcc是GND,相当于Vcc是Vcc/2,in是0+Vin,－Vcc是－Vcc/2,与双电源供电相同，只是电压范围只有双电源的一半，输出电压幅度相应会比较小。当然，这里面之所以可以相对的分析电位，是因为有了耦合电容的隔直作用，而电位本身就是一个相对的概念。

(b) VIN VOUT = VIN G = –VS = 15V

+VS = 30V (a) VIN G = +1

VOUT = VIN +VS = 15V

运算放大器的单电源供电双电源供电详解

单电源电压供电是运算放大器最常见的应用问题之一。当问及“型号为OPAxyz， 能否采用单电源供电？”，答案通常是肯定的。在不启用负相电源电压时， 采用单电源电压驱动运算放大器是可行的。并且，对使用高电压及大电流运算放大器的特定应用而言，采用单电源供电将使其切实的获益。

考虑如图 1a 所示的基本运算放大器连线图。运算放大器采用了双电源供电（也称平衡[balanced]电源或分离

[split]电源）。注意到此处运算放大器无接地。而事实上，可以说运算并不会确认地电位的所在。地电位介于正相电压及负相电压之间，但运算放大器并不具有电气接线端以确定其确切的位置。

图 1. 简易单位增益缓冲器的运算放大器连线示意图，举例说明了分离电源供电(a)与单电源供电(b)的相似性。

图 1 所示电路连接为电压跟随器，因此输出电压与输入电压相等。当然，输出跟随输入的能力是有限的。随着输入电压正相摆幅的增大，在某些接近正相电源的电位点上，输出将无法跟随输入。类似的，负相输出摆幅也限制在靠近 –Vs 的某电位点上。典型的运算放大器允许输出摆幅在电源轨的 2 V 以内，使得 ±

15V 的电源可支持 –13V 至 +13V 的输出。 图 1b 展示了同样的单位增益跟随器，采用 30 V 单电源支持供电。运算放大器的两个电源接线端之间的总电压仍为 30 V，但此时采用了单正相电源。从另一角度考虑，其运行状态是不变的。只要输入介于运算放大器电源接线端电压 2 V 以内，输入就能跟随输入。电路可支持的输出范围从 +2V 至 +28V。

既然任意的运算放大器均能支持此类单电源供电（仅是摆幅限制稍有不同），为何某些运算放大器特别注明用于单电源应用呢？

单电源运放电路

单电源运放电路是一种常见的电路设计，常用于需要单电源供电的应用中。与双电源运放电路相比，单电源运放电路只需一种电源电压，更加简单且经济。本文将介绍单电源运放电路的基本原理和常见应用。

单电源运放电路的基本原理是通过一个供电电源，将运放的非反相输入端接地，反相输入端通过电阻和电容网络与电源相连，从而实现幅值放大和信号的运算。在单电源运放电路中，由于电源电压范围的限制，输出信号的幅值可能受到一定的限制。

单电源运放电路的常见应用包括放大电路、滤波电路、积分电路和微分电路等。在放大电路中，单电源运放电路可以将输入信号放大到更高的幅值，以满足特定应用的要求。滤波电路利用单电源运放电路的特性，可以消除输入信号中的高频干扰，实现信号的滤波效果。积分电路和微分电路则利用单电源运放电路对输入信号进行积分和微分运算，广泛应用于信号处理和控制系统中。

为了实现更好的性能，单电源运放电路通常需要采取一些措施来解决电源电压范围限制带来的问题。例如，可以通过添加偏置电路来保证输出信号的偏置电压正确，以避免信号失真。此外，还可以采用电源电压稳压器来提供稳定的电源电压，以保证电路的正常工作。

总之，单电源运放电路是一种简单且经济的电路设计，常用于单电源供电的应用中。通过合理的设计和措施，可以实现信号的放大、滤波、积分和微分等功能，满足不同应用的要求。