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规划单电源电路时需要比双电源电路愈加当心

介绍我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集,但是他们都建立在双电源的基础上,很多时候,电路的设计者必须用单电源供电,但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。在设计单电源电

  介绍

  咱们常常看到许多十分经典的运算扩大器运用图集,可是他们都建立在双电源的基础上,许多时分,电路的规划者有必要用单电源供电,可是他们不知道该怎么将双电源的电路转换成单电源电路

  在规划单电源电路时需求比双电源电路愈加当心,规划者必需求彻底了解这篇文章中所述的内容。

  1.1电源供电和单电源供电

  一切的运算扩大器都有两个电源引脚,一般在资猜中,它们的标识是VCC+和VCC-,可是有些时分它们的标识是VCC+和GND。这是由于有些数据手册的作者妄图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的差异。可是,这并不是说他们就一定要那样运用――他们或许能够作业在其他的电压下。在运放不是按默许电压供电的时分,需求参阅运放的数据手册,特别是肯定最大供电电压和电压摇摆阐明。绝大多数的模仿电路规划者都知道怎样在双电源电压的条件下运用运算扩大器,比方图一左面的那个电路,一个双电源是由一个正电源和一个持平电压的负电源组成。一般是正负15V,正负12V和正负5V也是常常运用的。输入电压和输出电压都是参阅地给出的,还包含正负电压的摇摆起伏极限Vo
m以及最大输出摆幅。单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC+,地或许VCC-引脚连接到GND。将正电压分红一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上,这时运放的输出电压也是该虚地电压,运放的输出电压以虚地为中心,摆幅在Vo
m之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别别离指明Vo h和Vo
l。需求特别留意的是有不少的规划者会很随意的用虚地来参阅输入电压和输出电压,但在大部分运用中,输入和输出是参阅电源地的,所以规划者有必要在输入和输出的当地参加隔直电容,用来阻隔虚地和地之间的直流电压。(拜见1.3节)

  

  图一

  一般单电源供电的电压一般是5V,这时运放的输出电压摆幅会更低。别的现在运放的供电电压也能够是3V也或许会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中运用的运放根本上都是Rail-To-Rail的运放,这样就消除了丢掉的动态规模。需求特别指出的是输入和输出不一定都能够承受Rail-To-Rail的电压。尽管器材被指明是Rail-To-Rail的,假如运放的输出或许输入不支持Rail-To-Rail,挨近输入或许挨近输出电压极限的电压或许会使运放的功用退化,所以需求细心的参阅数据手册是否输入和输出是否都是Rail-To-Rail。这样才干确保体系的功用不会退化,这是规划者的责任。

  1. 2虚地

  单电源作业的运放需求外部供给一个虚地,一般状况下,这个电压是VCC/2,图二的电路能够用来发生VCC/2的电压,可是他会下降体系的低频特性。

  

  图二

  R1和R2是等值的,经过电源答应的耗费和答应的噪声来挑选,电容C1是一个低通滤波器,用来削减从电源上传来的噪声。在有些运用中能够疏忽缓冲运放。鄙人文中,有一些电路的虚地必需求由两个电阻发生,可是其实这并不是完美的办法。在这些比方中,电阻值都大于100K,当这种状况发生时,电路图中均有注明。

  1. 3沟通耦合

  虚地是大于电源地的直流电平,这是一个小的、部分的地电平,这样就发生了一个电势问题:输入和输出电压一般都是参阅电源地的,假如直接将信号源的输出接到运放的输入端,这将会发生不行承受的直流偏移。假如发生这样的作业,运放将不能正确的呼应输入电压,由于这将使信号超出运放答应的输入或许输出规模。处理这个问题的办法将信号源和运放之间用沟通耦合。运用这种办法,输入和输出器材就都能够参阅体系地,而且运放电路能够参阅虚地。当不止一个运放被运用时,假如碰到以下条件级间的耦合电容就不是一定要运用:

  榜首级运放的参阅地是虚地

  第二级运放的参阅地也是虚地

  这两级运放的每一级都没有增益。任何直流偏置在任何一级中都将被乘以增益,而且或许使得电路超出它的正常作业电压规模。

  假如有任何疑问,安装一台有耦合电容的原型,然后每次取走其间的一个,调查电作业是否正常。除非输入和输出都是参阅虚地的,不然这儿就必需求有耦合电容来阻隔信号源和运放输入以及运放输出和负载。一个好的处理办法是断开输入和输出,然后在一切运放的两个输入脚和运放的输出脚上查看直流电压。一切的电压都有必要十分挨近虚地的电压,假如不是,前级的输出就就必需求用电容做阻隔。(或许电路有问题)

  1. 4组合运放电路

  在一些运用中,组合运放能够用来节约本钱和板上的空间,可是不行避免的引起相互之间的耦合,能够影响到滤波、直流偏置、噪声和其他电路特性。规划者一般从独立的功用原型开端规划,比方扩大、直流偏置、滤波等等。在对每个单元模块进行校验后将他们联合起来。除非特别阐明,不然本文中的一切滤波器单元的增益都是1。

  1. 5挑选电阻和电容的值

  每一个刚开端做模仿规划的人都想知道怎么挑选元件的参数。电阻是应该用1欧的仍是应该用1兆欧的?一般的来说一般的运用中阻值在K欧级到100K欧级是比较适宜的。高速的运用中阻值在100欧级到1K欧级,但他们会增大电源的耗费。便携规划中阻值在1兆级到10兆欧级,可是他们将增大体系的噪声。用来挑选调整电路参数的电阻电容值的根本方程在每张图中都现已给出。假如做滤波器,电阻的精度要挑选1%E-96系列(参看附录A)。一但电阻值的数量级确认了,挑选规范的E-12系列电容。

  用E-24系列电容用来做参数的调整,可是应该尽量不必。用来做电路参数调整的电容不该该用5%的,应该用1%。

  根本电路

  2.1扩大

  扩大电路有两个根本类型:同相扩大器和反相扩大器。他们的沟通耦合版别如图三所示。关于沟通电路,反向的意思是相角被移动180度。这种电路采用了耦合电容――Cin。Cin被用来阻挠电路发生直流扩大,这样电路就只会对沟通发生扩大作用。假如在直流电路中,Cin被省掉,那么就有必要对直流扩大进行核算。在高频电路中,不要违背运放的带宽约束,这是十分重要的。实践运用中,一级扩大电路的增益一般是100倍(40dB),再高的扩大倍数将引起电路的振动,除非在布板的时分就十分留意。假如要得到一个扩大倍数比较的大扩大器,用两个等增益的运放或许多个等增益运放比用一个运放的作用要好的多。

  

  图三

  2.2衰减

  传统的用运算扩大器组成的反相衰减器如图4所示

  

  图四

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