有关运放在单电源下的最关键注意事项

有关运放在单电源下的最关键注意事项在很多电子论坛经常看见运放在单电源供电下，进行测量放大的电路，出现啥啥问题、不能正常工作等等。

实际上其实这一切都是由于不同运放的不同输入结构造成的。

在说明下面这个问题前，首先强调一下：对于单电源应用，我这里指的是"直流"放大应用，此时运放的输入端电位受输入信号的牵制，输入信号的直流电平直接影响到运放的输入端电位。

而对于放大交流信号，因为有输入、输出电容隔离，此时运放用啥电源都没有关系，所以不在此讨论话题内。

对于直流放大，因为没有了隔直电容，输入信号的直流电位就会直接影响到运放的工作点，如果运放输入端工作电压超出运放的Vicom这个参数范围，就不能正常工作了。

Vicom这个参数一般都有正负两个值，究竟是啥含义呢？以NE5532的Vicom参数为例：从NE5532的内部结构知道运放输入端必须要比Vee脚高2V以上，以便可以给公共恒流源提供工作电压。

如果运放输入端接到Vee脚，那么差分管Vbe没有偏压，并且下面的公共恒流源电路也不能正常工作，运放也就工作在非正常状态了。

所以得到Vicom的最小值极限就是必须比Vee高2V同样可以推导到如果运放输入端接到Vcc，他也不能工作，也必须比Vcc低2V才能工作。

所以Vicom的最大极限值就是比Vcc低2V。

所以我们看到NE5532的Vicomm 有2个值，分别是正负13V，意思是在正负15V供电下（即Vcc=+15，Vee=-15V)，运放差分输入端的电位必须要比Vee 高(-13)-(-15)=2V以上，比Vcc低(+13)-(+15)=-2V。

再看看LM358的输入结构是PNP达林顿输入结构，当输入端接到Vee脚，此时PNP管仍旧能正常工作。

而LM358的Vicom参数如下：说明在单26V供电(Vee=GND,Vcc=26V)下，Vicom的最小值可以为0V，即允许输入端直接接到Vee脚。

但为啥叫称呼他们为单电源运放呢？这主要是相对于输入信号的地来说的，因为一般输入信号是以自己的地为参考信号的，当没有信号输入时，输入信号的直流电位肯定就是地电位0V了。

如果你的运放是双电源供电，即输入信号的地是接到VccVee正负电源的中间，那么即使没有输入信号，运放输入端电位仍旧能保证>Vee 和如果你是单电源供电的的话，输入信号的地其实就是接到了运放的Vee脚。

当没有信号时，运放的输入端也就是0电位了，也就是和Vee脚电位相同，此时一部分运放就不能正常工作了，例如上面的NE5532，他的输入端电位等于Vee脚时，当然不能正常工作了，所以对于ne5532来说，单电源下的直流放大是不能正常工作的。

但对于LM358,输入端电位等于Vee时，他仍旧能放大，所以单电源运放就是指这一类Vicom的最小值等于Vee脚这一类的运放。

所以设计一个直流放大电路时，特别是在单电源下应用时，关键要注意输入信号相对于Vee脚的电压是否超出运放的Vicom范围。

有关运放在单电源下的"最关键注意事项"
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关键字：运放单电源注意事项
在很多电子论坛经常看见运放在单电源供电下，进行测量放大的电路，出现啥啥问题、不能正常工作等等。

实际上其实这一切都是由于不同运放的不同输入结构造成的。

在说明下面这个问题前，首先强调一下：
对于单电源应用，我这里指的是"直流"放大应用，此时运放的输入端电位受输入信号的牵制，输入信号的直流电平直接影响到运放的输入端电位。

而对于放大交流信号，因为有输入、输出电容隔离，此时运放用啥电源都没有关系，所以不在此讨论话题内。

对于直流放大，因为没有了隔直电容，输入信号的直流电位就会直接影响到运放的工作点，如果运放输入端工作电压超出运放的Vicom这个参数范围，就不能正常工作了。

Vicom这个参数一般都有正负两个值，究竟是啥含义呢?以NE5532的Vicom参数为例：
运放输入端必须要比Vee脚高2V以上，以便可以给公共恒流源提供工作电压。

如果运放输入端接到Vee 脚，那么差分管Vbe没有偏压，并且下面的公共恒流源电路也不能正常工作，运放也就工作在非正常状态了。

所以得到Vicom的最小值极限就是必须比Vee高2V
同样可以推导到如果运放输入端接到Vcc，他也不能工作，也必须比Vcc低2V才能工作。

所以Vicom的最大极限值就是比Vcc低2V。

所以我们看到NE5532的Vicomm有2个值，分别是正负13V，意思是在正负15V供电下(即Vcc=+15，Vee=-15V)，运放差分输入端的电位必须要比Vee高(-13)-(-15)=2V以上，比Vcc低(+13)-(+15)=-2V。

再看看LM358的输入结构
是PNP达林顿输入结构，当输入端接到Vee脚(也即图中地)，此时PNP管仍旧能正常工作。

而LM358的Vicom参数如下：
说明在单26V供电(Vee=GND,Vcc=26V)下，Vicom的最小值可以为0V，即允许输入端直接接到Vee脚。

但为啥叫称呼他们为单电源运放呢?
这主要是相对于输入信号的地来说的，
因为一般输入信号是以自己的地为参考信号的，当没有信号输入时，输入信号的直流电位肯定就是地电位0V了。

如果你的运放是双电源供电，即输入信号的地是接到VccVee正负电源的中间，那么即使没有输入信号，运放输入端电位仍旧能保证>Vee 和
如果你是单电源供电的的话，输入信号的地其实就是接到了运放的Vee脚。

当没有信号时，运放的输入端也就是0电位了，也就是和Vee脚电位相同，此时一部分运放就不能正常工作了，例如上面的NE5532，他的输入端电位等于Vee脚时，当然不能正常工作了，所以对于ne5532来说，单电源下的直流放大是不能正常工作的。

但对于LM358,输入端电位等于Vee时，他仍旧能放大，
所以单电源运放就是指这一类Vicom的最小值等于Vee脚这一类的运放。

所以设计一个直流放大电路时，特别是在单电源下应用时，关键要注意输入信号相对于Vee脚的电压是否
超出运放的Vicom范围。

例如某些电桥电路，其两个输入端一般肯定大于某个电压，那么即使用单电源供电，用非单电源的运放也
可以。

例如某些电桥电路，其两个输入端一般肯定大于某个电压，那么即使用单电源供电，用非单电源的运放也可以。

很多人主要是没有注意到Vicom这个参数导致电路有问题。

既然有vicom达到Vee的运放，那么也有Vicom达到Vcc的运放，
我们再看看TL074的Vicom参数，
这种运放有什么用呢?这种运放用在高端电流检测最好用
例如很多人要检测某一路电源的电流情况，检测电流当然就要串入一个电阻啦，这个电阻可以串在电源高端，也可以串在电源低端。

串在低端的话，电源就不能和检测电路共用地了，这样有时引起不方便;
串在高端的话，很多人可能会用桥式检测电路，将R4上对地浮动的电压信号转变成对地的电压。

但桥式电路对分压电阻的匹配程度非常非常高，通常很难做好。

但如果你用Vicom最大值达到Vcc的运放的话，可以用右图的电流变换电路，将R1上的负载电流转变成R3对地电压，其精度很高，稳定性很好。

如果运放的Vicom最大最小值范围是Vee和Vcc的话，这些运放就是Rail to input运放。

要实现Rail to input的话，运放输入结构肯定需要两个差分电路，例如互补全差分输入，互补P NMOS差分输入。

这样才能达到rail to input的效果。

使用单电源的运放交流放大电路(含同相和反相输入式)
使用单电源的运放交流放大电路
在采用电容耦合的交流放大电路中，静态时，当集成运放输出端的直流电压不为零时，由于输出耦合电容的隔直流作用，放大电路输出的电压仍为零。

所以不需要集成运放满足零输入时零输出的要求。

因此，集成运放可以采用单电源供电，其-VEE端接"地"(即直流电源负极)，集成运放的+Vcc端接直流电源正极，这时，运放输出端的电压V0只能在0～+Vcc之间变化。

在单电源供电的运放交流放大电路中，为了不使放大后的交流信号产生失真，静态时，一般要将运放输出端的电压V0设置在0至+Vcc值的中间，即V0=+Vcc／2。

这样能够得到较大的动态范围；动态时，V0在+Vcc ／2值的基础上，上增至接近+Vcc值，下降至接近0V，输出电压uo的幅值近似为Vcc／2。

图3请见原稿
2 运放交流放大电路的设计
在设计单级运放交流放大电路时，
(1)选择能够满足使用要求的集成运算放大器。

在采用电容耦合的交流放大电路中，由于电容隔直流，交流放大电路输出的温度漂移电压很小。

因此，对集成运放漂移性能的要求可以降低，主要从转换速率、增益带宽、噪声等方面来考虑选用集成运放。

对脉冲信号、宽频带交流信号和视频信号等，应选用转换速率较高、增益带宽至少是最高工作频率10倍的集成运放。

对音质要求比较高的音频交流放大电路中常采用高速低噪声的集成运放，如双运放的4558、NE5532等。

(2)确定采用双电源供电还是单电源供电。

在使用条件许可的情况下，运放交流放大电路尽量采用双电源供电方式，以增大线性动态范围。

当集成运放双电源使用时，正、负电源电压一般要对称。

且电源电压不要超过使用极限，电源滤波要好。

为了消除电源内阻引起的低频自激，常常在正、负电源接线与地之间分别加0．01～0．1 μF的电容退耦。

使用单电源供电时，运放同相输入端电位要小于该运放的最大共模输入电压。

(3)确定输入信号是同相输入还是反相输入。

若要求放大电路的输入电阻比较大，应采用同相输入式交流放大电路。

因为反相输入式交流放大电路输入电阻的提高会影响电压增益。

由图2或图4相关计算式可知，增大反相输入式交流放大电路输入电阻时，该电路电压增益将减小，且电压增益也会受信号源内阻的影响。

所以在设计反相输入式交流放大电路时，有时输入电阻和电压增益的选择难以兼顾。

而采用图1或图3同相输入式交流放大电路时，图1中的R1偏置电阻值适当增大，或者图3中的R1和R2分压电阻值适当增大，就能够提高放大电路的输入电阻，而对电压增益无影响。

另外，为了有效地提高图3放大电路的输入电阻，可以对电路做一些改进，改进电路如图5所示。

该放大电路输入电阻Ri≈R3，当R3值图5见原稿选择大时，放大电路输入电阻Ri值就大。

所以明显地提高了放大电路的输入电阻。

(4)确定交流放大电路电压增益。

单级运放交流放大电路的电压增益Au通常不要超过100倍(40dB)。

过高的电压增益不但会使放大电路的通带下降，也容易感应高频噪声或产生自激振荡。

如果要得到一个放大倍数比较大的放大器，可用两级等增益的运放电路或者多级等增益的运放电路来实现。

(5)确定交流放大电路中的电阻值。

一般应用中阻值在1～100kΩ之间比较合适。

高速的应用中阻值在100Ω～1k Ω之间，但会增大电源的消耗。

便携设计中阻值在1～10M Ω之间，但会增大系统噪声。

先设定图中运放反向输入端R电阻值，根据相关电路的电压增益计算式，再估算出反馈电阻RF的值。

最好采用金属膜电阻，以减小内噪声。

(6)确定放大电路中的电容值。

信号耦合电容的大小决定放大电路的低频特性。

根据交流放大电路信号频率的高低选择耦合电容值。

若放大的是低频交流信号，如音频信号，耦合电容值可选择1～22 μF之间；若放大的是高频交流信号，耦合电容值可选择1000pF～0．1 μF之间。

同相输入式交流放大电路引入直流全反馈的隔直流电容值由C=1／20πfR 式估算。

式中f是输入信号的最低频率。

音频信号的最低频率为20Hz，当R≥1k Ω时，经过上式估算，选择C=100 μF时，已经能够满足要求。

滤波电容值选择100～1000 μF之间。