放大器

第31卷第5期　　　　　　　　　　　　　　电子工程师.31No.5

　　　　　　　　　　　　　　　　Vol

2005年5月　ELECTRONICENGINEER　May2005

单电源供电运算放大器设计方法

周世龙

(解放军电子工程学院网络工程系,安徽省合肥市230037)

【摘　要】　介绍了单电源供电运算放大器的设计方法。使用文中介绍的方法设计单电源运算放大器能巧妙地解决由偏置电压引起的信号摆幅受限的问题,有较高的动态范围,而且具有比交流耦合更高的带宽。通过线性方程描述放大器传输特性,根据方程将放大器分为同相放大正偏移、同相放大负偏移、反相放大正偏移、反相放大负偏移4种不同的配置方式,并给出了每种配置方式下的设计方法和设计电路,具有通用性。

关键词:运算放大器,单电源供电,动态范围中图分类号:TN722

ax(t)+b来描述。其中:x(t)是输入信号;y(t)是输

0　引　言

大部分运算放大器要求双电源供电。但单电源供电由于只要求一个电源供电,特别适合只有一个电源的系统,如采用电池供电的系统时,供电电源一般是极性相反、的两个电源。,地作为参考。,一般要加偏置以确保输出信号的摆幅在供电电源范围内。单电源供电系统的输入信号如果以地作为参考,实际上也就是以供电电源的一端作为参考。例如这样的反向放大器在输入信号为正电压时,由于输出不可能低于最低供电电压,所以不能正常工作。当输入信号不是以地作为参考,参考电平与地的差值将随信号一起放大,除非这个参考电平是作为共模电压出现的。因此,要对输入信号进行偏置才能获得想要的输出电压。为解决这个问题,自然想到了信号采用交流耦合的方法。但是,采用交流耦合输入和输出都需要有耦合电容,而耦合电容的存在影响了电路的低频响应,降低了带宽。当采用同相配置时,放大器静态输出会通过反馈回路影响输入端的偏置电压,处理起来很麻烦。

本文给出了采用直流耦合、放大器在同相和反相等不同配置下的设计方法及通用电路,采用这种方法大大简化了单电源供电运算放大器的设计。

出信号;a,b是常数。,一个,也就是3V、输入为0.2V时,1V,解方程可得a=2.5,b=0.5。对不同的电路,只要给出两点,就可以得到放大器电路的线性方程描述。根据计算所得到的a,b的值,把放大器分为4种不同的配置,即:a>0,b≥0时的同相放大正偏移配置;a>0,b≤0时的同相放大负偏移配置;a<0,b≥0时的反相放大正偏移配置;a<0,b≤0时的反相放大负偏移配置。下面就这4种情况进行讨论。

2　不同配置的运算放大器电路

2.1　a>0,b≥0时的同相放大正偏移配置

a>0,b≥0时,放大器为同相放大器,可以采用图

1所示电路。由图1可知,放大器输出为:

Vo=VRR1

+R+RR+VRGR1+R+RRG

1　运算放大器的方程表示

运算放大器工作在线性区时,由运算放大器组成的电路可看做线性电路。线性电路可用方程y(t)=

收稿日期:2005201204;修回日期:2005203221。

图1　同相放大正偏移配置

　　令Vref=1V,

a=

RR1+R+RRG