單電源供電集成運算放大器的電路及其應(yīng)用

1、單電源供電集成運算放大器的電路及其應(yīng)用文章包括以下四個部分一、單電源運放應(yīng)用：基礎(chǔ)知識二、單電源運放應(yīng)用：基本電路三、單電源運算放大器電路應(yīng)用：濾波四、單電源運算放大器的偏置與去耦電路設(shè)計大多數(shù)集成運算放大器電略部采用正、負對稱的雙電源供電,在只有一組電源的情況下, 集成運算放大器也能正常工作。圖1所示為兩種采用單電源供電的供電電路。采用單電源對集成這算放大器供電的常用方法是，把集成運算放大器兩輸入端電位抬高(且通常抬高至電源電壓的一半，即e+/2),抬高后的這個電位就相當(dāng)于雙電源供電時的 “地”電位，因此在靜態(tài)工作時，輸出端的電位也將等于兩輸入端的靜態(tài)電位，即e+/2o圖屮，集成運算放大器兩

2、輸入端抬髙的電壓由r4、r5對電源分壓后產(chǎn)生，約等于e+ /2； c2為濾波電容；c1和c3分別為輸入、輸岀隔直電容。為了減小輸入失調(diào)電流的影響, 圖1 (a)屮r1應(yīng)等于r2與r4的并聯(lián)值，圖1 (b)屮r1應(yīng)等于r2與r3的并聯(lián)值。圖1 (a)為反相輸入方式，電路的交流放大倍數(shù)為r4/r3=100倍；圖1 (b)為同相 輸入方式，電路的交流放大倍數(shù)為r3/r2=10倍。單電源運放應(yīng)用圖集（一）：基礎(chǔ)知識我們經(jīng)?？吹胶芏喾浅＝?jīng)典的運算放大器應(yīng)用圖集，但是這些應(yīng)用都建立在雙電源的 基礎(chǔ)上，很多時候，電路的設(shè)計者必須用單電源供電，但是他們不知道該如何將雙電源的 電路轉(zhuǎn)換成單電源電路。在設(shè)計單電源

3、電路時需要比雙電源電路更加小心，設(shè)計者必須要完全理解這篇文章中 所述的內(nèi)容。1. 1電源供電和單電源供電所有的運算放大器都有兩個電源引腳，一般在資料屮，它們的標識是vcc +和vcc ,但是有些時候它們的標識是vcc +和gndo這是因為有些數(shù)據(jù)手冊的作者企圖將這 種標識的差異作為單電源運放和雙電源運放的區(qū)別。但是，這并不是說他們就一定要那樣 使用一一他們可能可以工作在其他的電壓下。在運放不是按默認電壓供電的時候，需要參 考運放的數(shù)據(jù)手冊，特別是絕對最大供電電壓和電壓擺動說明。絕大多數(shù)的模擬電路設(shè)計者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運算放大器，比如 圖一左邊的那個電路，一個雙電源是由一個正電

4、源和一個相等電壓的負電源組成。一般是 止負15v,正負12v和正負5v也是經(jīng)常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的, 還包括正負電壓的擺動幅度極限vom以及最大輸出擺幅。supply 匚.單電源供電的電路（圖一中右）運放的電源腳連接到正電源和地。正電源引腳接到vcc + ,地或者vcc引腳連接到gndo將正電壓分成一半后的電壓作為虛地接到運放的輸 入引腳上，這時運放的輸出電壓也是該虛地電壓，運放的輸出電壓以虛地為中心，擺幅在 vom z內(nèi)。有一些新的運放有兩個不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運放的數(shù) 據(jù)手冊中會特別分別指明voh和vol o需要特別注意的是有不少的設(shè)計者會很隨意的用

5、 虛地來參考輸入電壓和輸出電壓，但在大部分應(yīng)用中，輸入和輸出是參考電源地的，所以 設(shè)計者必須在輸入和輸出的地方加入隔直電容，用來隔離虛地和地之間的直流電壓。（參 見1.3節(jié)）supply qhalf.supply osupply q圖一通常單電源供電的電壓一般是5v,這時運放的輸出電壓擺幅會更低。另外現(xiàn)在運放 的供電電壓也可以是3v也或者會更低。出于這個原因在單電源供電的電路中使用的運放基本上都是rail-to-rail的運放，這樣就消除了丟失的動態(tài)范圍。需要特別指出的是 輸入和輸出不一定都能夠承受rail-to-rail的電壓。雖然器件被指明是軌至軌(rail torail)的，如果運放的輸

6、出或者輸入不支持軌至軌，接近輸入或者接近輸出電壓極限的 電壓可能會使運放的功能退化，所以需要仔細的參考數(shù)據(jù)手冊是否輸入和輸出是否都是軌 至軌。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會退化，這是設(shè)計者的義務(wù)。1. 2虛地單電源工作的運放需要外部提供一個虛地，通常情況下，這個電壓是vcc/2,圖二的 電路可以用來產(chǎn)生vcc/2的電壓，但是他會降低系統(tǒng)的低頻待性。vccvccr1100 knr2100 kq0.1 gfo vcc圖二r1和r2是等值的，通過電源允許的消耗和允許的噪聲來選擇，電容c1是一個低 通濾波器，用來減少從電源上傳來的噪聲。在有些應(yīng)用中可以忽略緩沖運放。在下文屮，有一些電路的虛地必須要由兩個電

7、阻產(chǎn)生，但是其實這并不是完美的方法。 在這些例子中，電阻值都大于100k,當(dāng)這種情況發(fā)生時，電路圖中均有注明。1.3交流耦合虛地是大于電源地的直流電平，這是一個小的、局部的地電平，這樣就產(chǎn)生了一個電 勢問題：輸入和輸出電壓一般都是參考電源地的，如果直接將信號源的輸出接到運放的輸 入端，這將會產(chǎn)生不可接受的直流偏移。如果發(fā)生這樣的事情，運放將不能正確的響應(yīng)輸 入電壓，因為這將使信號超出運放允許的輸入或者輸出范圍。解決這個問題的方法將信號源和運放之間用交流耦合。使用這種方法，輸入和輸出器 件就都可以參考系統(tǒng)地，并且運放電路可以參考虛地。當(dāng)不止一個運放被使用時，如果碰 到以下條件級間的耦合電容就不是

8、一定要使用：第一級運放的參考地是虛地第二級運放的參考第也是虛地這兩級運放的每一級都沒有增益。任何直流偏置在任何一級中都將被乘以增益，并且 可能使得電路超出它的正常工作電壓范圍。如果有任何疑問，裝配一臺有耦合電容的原型，然后每次取走其中的一個，觀察電工 作是否正常。除非輸入和輸出都是參考虛地的，否則這里就必須要有耦合電容來隔離信號 源和運放輸入以及運放輸出和負載。一個好的解決辦法是斷開輸入和輸出，然后在所有運 放的兩個輸入腳和運放的輸出腳上檢查直流電壓。所有的電壓都必須非常接近虛地的電 壓，如果不是，前級的輸出就就必須要用電容做隔離。（或者電路有問題）1.4組合運放電路在一些應(yīng)用屮，組合運放可以

9、用來節(jié)省成本和板上的空間，但是不可避免的引起相互 之間的耦合，可以影響到濾波、直流偏置、噪聲和其他電路特性。設(shè)計者通常從獨立的功 能原型開始設(shè)計，比如放大、直流偏置、濾波等等。在對每個單元模塊進行校驗后將他們 聯(lián)合起來。除非特別說明，否則本文中的所有濾波器單元的增益都是仁1.5選擇電阻和電容的值每一個剛開始做模擬設(shè)計的人都想知道如何選擇元件的參數(shù)。電阻是應(yīng)該用1歐的 還是應(yīng)該用1兆歐的？ 一般的來說普通的應(yīng)用屮阻值在k歐級到100k歐級是比較合適 的。高速的應(yīng)用中阻值在100歐級到1k歐級，但他們會增大電源的消耗。便攜設(shè)計中 阻值在1兆級到10兆歐級，但是他們將增大系統(tǒng)的噪聲。用來選擇調(diào)整電路

10、參數(shù)的電阻 電容值的基本方程在每張圖屮都已經(jīng)給岀。如果做濾波器，電阻的精度要選擇1% e - 96系列（參看附錄a）。一但電阻值的數(shù)量級確定了，選擇標準的e-12系列電容。用e 24系列電容用來做參數(shù)的調(diào)整，但是應(yīng)該盡量不用。用來做電路參數(shù)調(diào)整的電 容不應(yīng)該用5%的，應(yīng)該用1%.單電源運放應(yīng)用圖集（二）：基本電路2.1放大放大電路有兩個基本類型：同相放大器和反相放大器。他們的交流耦合版本如圖三所 示。對于交流電路，反向的意思是相角被移動180度。這種電路采用了耦合電容一一cin。 cin被用來阻止電路產(chǎn)生直流放大，這樣電路就只會對交流產(chǎn)生放大作用。如果在直流電 路中，cin被省略，那么就必須對

11、直流放大進行計算。在高頻電路中，不要違反運放的帶寬限制，這是非常重要的。實際應(yīng)用中，一級放大 電路的增益通常是100倍（40db）,再高的放大倍數(shù)將引起電路的振蕩，除非在布板的吋候vouflvcc就非常注意。如果要得到一個放大倍數(shù)比較的大放大器，用兩個等增益的運放或者多個等 增益運放比用一個運放的效果要好的多。invertinggain = - r2/r1cmvc4u2r3：r1|r2 for minimum error due to input bias currentgain = 1 r2/r1input impedance s r1|r2 for minimum error due to

12、 input bias current圖三2.2衰減傳統(tǒng)的用運算放人器組成的反相衰減器如圖四所示。invertinggain = -r2/r1r3 = r1|r2for minimum error due to input bias currentvin o圖四invertingcomponent values normalized to unity在電路中r2要小于r1。這種方法是不被推薦的，因為很多運放是不適宜工作在放大 倍數(shù)小于1倍的情況下。正確的方法是用圖五的電路。圖五在表一中的一套規(guī)格化的r3的阻值可以用作產(chǎn)生不同等級的衰減。對于表中沒有的 阻值，可以用以下的公式計算r3 = (vo

13、/vin)/(2-2(vo/vin)如果表中有值，按以下方法處理：為rf和rin在1k到100k之間選擇一個值，該值作為基礎(chǔ)值。將rin除以二得到rina和rinb。將基礎(chǔ)值分別乘以1或者2就得到了 rf、rin1和rin2,如圖五中所示。在表屮給r3選擇一個合適的比例因子，然后將他乘以基礎(chǔ)值。比如，如果rf是20k, rina和rinb都是10k,那么用12.1k的電阻就可以得到一 3db的衰減。db padvout/vinr301 00d00.50.944184383呻0.89134.09772079430 931120 70791 21203.01070711.20713.520.666

14、71.00040.63100 854950 56230 642460.50120.50246.020.50d00.500070.44670.403680.39810.330790.35480.27509.54033330 2500100.31620 2312120.25120.167712.040.25d00.166713 980 20d00 1250150.17780.108115.560.16670.100016.900 14290 08333180.12590.0720118.060.12500.0714319 080.11110.06250200 10d00 05556250.0562

15、0.02979300.03160.01633400.01000 00s051500.00320.001586600 cj0100 0005005表一圖六中同相的衰減器可以用作電壓衰減和同相緩沖器使用。vccr2 $noninvertingcomponent values normalized to unityvwl o0 vccj2figure 6. noninverting attenuation圖六2. 3加法器圖七是一個反相加法器，他是一個基本的咅頻混合器。但是該電路的很少用于真正的音頻混合器。因為這會逼近運放的工作極限，實際上我們推薦用提高電源電壓的辦法來提高動態(tài)范圍。同相加法器是可以

16、實現(xiàn)的，但是是不被推薦的。因為信號源的阻抗將會影響電路的增益。noninvertingcomponent values normalized to unitycmvm o1 卜v<xr16vcc»2v<xil圖七2. 4減法器就像加法器一樣，圖八是一個減法器。一個通常的應(yīng)用就是用于去除立體聲磁帶中的原唱而留下伴音（在錄制時兩通道中的原唱電平是一樣的，但是伴音是略有不同的）。for r1 = r3 and r2 = r4: v(xjt= (r2/r1)(vin2 - vln1) r1|r2 = r3|r4for minimum error due to input bkas

17、 cunent圖八2. 5模擬電感圖九的電路是一個對電容進行反向操作的電路，它用來模擬電感。電感會抵制電流的 變化，所以當(dāng)一個直流電平加到電感上時電流的上升是一個緩慢的過程，并且電感中電阻 上的壓降就顯得尤為重要。l=r1*r2*c1vout圖九電感會更加容易的讓低頻通過它，它的特性正好和電容相反，一個理想的電感是沒有 電阻的，它可以讓直流電沒有任何限制的通過，對頻率是無窮大的信號有無窮大的阻抗。如果直流電圧突然通過電阻r1加到運放的反相輸入端上的時候，運放的輸出將不會 有任何的變化，因為這個電壓同過電容c1也同樣加到了正相輸出端上，運放的輸出端表 現(xiàn)出了很高的阻抗，就像一個真正的電感一樣。隨

18、著電容c1不斷的通過電阻r2進行充電，r2上電壓不斷下降，運放通過電阻r1 汲取電流。隨著電容不斷的充電，最后運放的兩個輸入腳和輸出腳上的電壓最終趨向于虛 地(vcc/2)o當(dāng)電容c1完全被充滿時，電阻r1限制了流過的電流，這就表現(xiàn)出一個串連在電感 中電阻。這個串連的電阻就限制了電感的q值。真正電感的直流電阻一般會比模擬的電 感小的多。這有一些模擬電感的限制：電感的一段連接在虛地上；模擬電感的q值無法做的很高，取決于串連的電阻r1；模擬電感并不像真正的電感一樣可以儲存能量，真正的電感由于磁場的作用可以引起很高 的反相尖峰電壓，但是模擬電感的電壓受限于運放輸出電壓的擺幅，所以響應(yīng)的脈沖受限 于電

19、壓的擺幅。2. 6儀用放大器儀用放大器用于需要對小電平信號直流信號進行放大的場合，他是由減法器拓撲而來 的。儀用放大器利用了同相輸入端高阻抗的優(yōu)勢?；镜膬x用放大器如圖十所示。vccvlrv cassumes vin and vin* referenced to vcc/2r1 = r3 (matched)voulr2 = r4 (matched) r5：r6gain = r2/r1 (1 2r5/r7)r36vcc/2圖十這個電路是基本的儀用放大電路，其他的儀用放大器也如圖屮所示，這里的輸入端也 使用了單電源供電。這個電路實際上是一個單電源的應(yīng)變儀。這個電路的缺點是需要完全 相等的電阻，否則

20、這個電路的共模抑制比將會很低。圖十中的電路可以簡單的去掉三個電阻，就像圖十一中的電路。vcc9r2v"<?assumes vln- and vin* referenced to vcci2r1 二 r3 (matched) r2 = r4<matchod) gnin = r2?r1>n voutvwr46vccr2圖十這個電路的增益非常好計算。但是這個電路也有一個缺點：那就是電路中的兩個電阻 必須一起更換，而且他們必須是等值的。另外還有一個缺點，第一級的運放沒有產(chǎn)生任何 有用的增益。另外用兩個運放也可以組成儀用放大器，就像圖十二所示。rlassumes vin- a

21、nd vln> referenced to vcc/2vccr1 - r4 (matched) r2 - r3 (matched) gnm= 1 r1ir2d>c vouiview圖十二但是這個儀用放大器是不被推薦的，因為第一個運放的放大倍數(shù)小于一，所以他可能 是不穩(wěn)定的，而且vin 上的信號要花費比vin +上的信號更多的時間才能到達輸出端。單電源運算放大器電路應(yīng)用【三】單電源運算放大器電路應(yīng)用圖集（三）：濾波電路（上）這節(jié)非常深入地介紹了用運放組成的有源濾波器。在很多情況中，為了阻擋由于虛地引起的 直流電平，在運放的輸入端串入了電容。這個電容實際上是一個高通濾波器，在某種意義上

22、 說，像這樣的單電源運放電路都有這樣的電容。設(shè)計者必須確定這個電容的容量必須要比電 路屮的其他電容器的容暈大100倍以上。這樣才可以保證電路的幅頻特性不會受到這個輸 入電容的影響。如果這個濾波器同時還有放大作用，這個電容的容量最好是電路中其他電容 容量的1000倍以上。如果輸入的信號早就包含了 vcc/2的直流偏置，這個電容就可以省 略。這些電路的輸出都包含了 vcc/2的直流偏置，如果電路是最后一級，那么就必須串入 輸出電容。這里有一個有關(guān)濾波器設(shè)計的協(xié)定，這里的濾波器均采用單電源供電的運放組成。濾波 器的實現(xiàn)很簡單，但是以下兒點設(shè)計者必須注意：1. 濾波器的拐點（中心）頻率2. 濾波器電路

23、的增益3. 帶通濾波器和帶阻濾波器的的q值4. 低通和高通濾波器的類型（butterworth、chebyshev bessell）不幸的是要得到一個完全理想的濾波器是無法用一個運放組成的。即使可能，由于各個 元件z間的負雜互感而導(dǎo)致設(shè)計者要用非常復(fù)雜的計算才能完成濾波器的設(shè)計。通常對波形 的控制要求越復(fù)雜就意味者需要更多的運放，這將根據(jù)設(shè)計者可以接受的最大畸變來決左。 或者可以通過幾次實驗而最終確定下來。如杲設(shè)計者希望用最少的元件來實現(xiàn)濾波器，那么 就別無選擇，只能使用傳統(tǒng)的濾波器，通過計算就可以得到了。3. 1 一階濾波器階濾波器是最簡單的電路，他們有20db每倍頻的幅頻特性3. 1. 1

24、低通濾波器invertingfo= 1/(2pr2c1)gain = - r2/r1cm rivln o11vcc/2vtcqovoutvcc9cm rivino1|<voulnoninvertingfo = 1/(2pr1c1)gain = 1 r3/r23- 1. 2高通濾波器典型的高通濾波器如圖i四所示。vccc1noninvertinggain = 1fo= 1/(2pr1c1)o voutvcc/2noninvertingfo= 1/(2pr1c1)gain = 1 * r3/r23. 1. 3文氏濾波器文氏濾波器對所有的頻率都有相同的增益，但是它可以改變信號的相角，同時也用來

25、做 相角修正電路。圖十五中的電路對頻率是f的信號有90度的相移，對直流的相移是0度, 對高頻的相移是180度。r1 = r2 = r3 = r f(90) = 1/(2prtc1)3. 2二階濾波器二階濾波電路一般用他們的發(fā)明者命名。他們中的少數(shù)幾個至今述在使用。有一些二階 濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)可以組成低通、髙通、帶通、帶阻濾波器，有些則不行。這里沒有列出所 有的濾波器拓撲結(jié)構(gòu)，只是將那些容易實現(xiàn)和便于調(diào)整的列了出來。二階濾波器冇40db每倍頻的幅頻特性。通常的同一個拓撲結(jié)構(gòu)組成的帶通和帶阻濾波器使用相同的元件來調(diào)整他們的q值， 而j=l他們使濾波器在butterworth和chebyshev濾波

26、器之間變化。必須要知道只有 butterworth濾波器可以準確的計算出拐點頻率，chebyshev和bessell濾波器只能在 butterworth濾波器的基礎(chǔ)上做一些微調(diào)。我們通常用的帶通和帶阻濾波器有非常高的q值。如果需要實現(xiàn)一個很寬的帶通或者 帶阻濾波器就需要用高通濾波器和低通濾波器串連起來。對于帶通濾波器的通過特性將是這 兩個濾波器的交疊部分，對于帶阻濾波器的通過特性將是這兩個濾波器的不重疊部分。這里沒有介紹反相chebyshev和elliptic濾波器，因為他們已經(jīng)不屈丁電路集需要介 紹的范圍了。不是所有的濾波器都可以產(chǎn)生我們所設(shè)想的結(jié)果一一比如說濾波器在阻帶的最后衰減 幅度在多

27、反饋濾波器中的會比在sallen-key濾波器中的大。由于這些特性超出了電路圖 集的介紹范圍，請大家到教科書上去尋找每種電路各自的優(yōu)缺點。不過這里介紹的電路在不 是很特殊的情況下使用，其結(jié)果都是可以接受的。3. 2. 1 sallenkey 濾波器sallen-key濾波器是一種流行的、廣泛應(yīng)用的二階濾波器。他的成本很低，僅需要一 個運放和四個無源器件組成。但是換成butterworth或chebyshev濾波器就不可能這么容 易的調(diào)整了。請設(shè)計者參看參考條目1j和參考條目【2】，那里介紹了各種拓撲的細節(jié)。這個電路是一個單位增益的電路，改變sallen-key濾波器的增益同時就改變了濾波 器的

28、幅頻特性和類型。實際上sallen key濾波器就是增益為1的butterworth濾波器。3. 2. 2多反饋濾波器多反饋濾波器是一種通用，低成本以及容易實現(xiàn)的濾波器。不幸的是，設(shè)計時的計算有 些復(fù)雜，在這里不作深入的介紹。請參看參考條目11中的對多反饋濾波器的細節(jié)介紹。 如果需要的是一個單位增益的butterworth濾波器，那么這里的電路就可以給出一個近似的 結(jié)果。low passuncty butterworth fo 1/(2xrc)r1 x r2 » r/v2r3 = r/2v2)c1 «cc2-4chigh passunity gain butterworth

29、fo 1/(2xrc)r1 xo47rr2 2.1rc1 -c2-c3 cband passgain 2.3 dbfo 1/(2.32«rq r1 10rr2 = 0 001rr3« 100rc1 = 10cc2c* r1wq| 卜4 1<<ovoul3. 2. 3雙t濾波器雙t濾波器既可以用一個運放也可儀用兩個運放實現(xiàn)。他是建立在三個電阻和三個電 容組成的無源網(wǎng)絡(luò)上的。這六個元件的匹配是臨界的，但幸運的是這仍是一個常容易的過程, 這個網(wǎng)絡(luò)可以用同一值的電阻和同一值的電容組成。用圖屮的公式就可以同時的將r3和 c3計算出來。應(yīng)該盡量選用同一批的元件，他們有非常相

30、近的特性。3. 2. 3. 1單運放實現(xiàn)如果用參數(shù)非常接近的元件組成帶通濾波器，就很容易發(fā)生振蕩。接到虛地的電阻最好 在e-96 1%系列中選擇，這樣就可以破壞振蕩條件。notchvtcvcc93. 2. 3. 2雙運放實現(xiàn)典型的雙運放如圖20到圖22所示high passr1 sr2src 仁 c2 = cr3«r/2c3«2cfo = 1/(4>rc)unity gainr4<r5 chebyshevr4 « r5/2 bunerworthr4>rsf2 bwsmivccnotchr1 z r2 s rcmccc2 = c *+r3= rf2

31、c3=2cfo： 1/<2prc)r6 a r7 > 20-rq controlled by ratio of r5 and r4r4 = 0.05r5: high q r4 2 0.5ar5k>w: qv«2單電源運算放大器的偏置與去耦電路設(shè)計目前在許多手持設(shè)備、汽車以及計算機等設(shè)備只用單電源供電，但是單電源容易岀現(xiàn)不穩(wěn) 定問題，因此需要在電路外圍增加輔助器件以提高穩(wěn)定性。在電路圖1川展示了單電源供 電運算放大器的偏置方法，用電阻ra與電阻rb構(gòu)成分壓電路，并把正輸入端的電壓設(shè)置 為vs/2。輸入信號vin是通過電容耦合到正輸入端。在該電路中有一些嚴重的局限性。首

32、先，電路的電源抑制幾乎沒有，電源電壓的任何變化都將直接通過兩個分壓電阻改變偏 置電壓vs/2,但電源抑制的能力是電路非常重要的特性。例如此電路的電源電壓1伏的變 化，能引起偏置電路電壓的輸出vs/2變化0.5伏。該電路的電源抑制僅僅只有6db,通過 選用sgm8541運算放大器可以增強電源抑制能力。圖:單電源供電運算放大器的偏置方法其次，運算放大器驅(qū)動大電流負載時電源經(jīng)常不穩(wěn)定，除非電源有很好的調(diào)節(jié)能力，或有 很好的旁路，否則大的電壓波動將回饋到電源線路上。運算放大器的正輸入端的參考點將 直接偏離vs/2,這些信號將直接流入放大器的正輸入端。在應(yīng)用中要特別注意布局，多個電源旁路電容、星形接地、

33、單獨的印制電源層可以提供比 較穩(wěn)定的電路。偏置電路的去耦問題解答這個問題需要改變一下電路。圖2從偏置電路的小間節(jié)點接電容c2,用來旁路ac 信號，這樣可以提高ac的電源抑制，電阻rin為vs/2的基準電壓提供dc的返回通路， 并且為ac輸入捉供了交流輸入阻抗。表1適用于圖2的典型器件值rfrfiookc, rxfiook, and rf150kggaininputbw(hz)voutputbw(hz)cn(af)r1(kd)cl(af)c2(v)cout (")rumi1010100.316.51.530.21002010100.37. 87330.21001050500.116.5

34、0.30.60. 0510010120200.21.56.820.1100bw=2 鞏!/2)c2bw2 = != ? 2/r/?icl1rwrh ftbwi=l/iotnbw2.bw3f»bw4acful 號 9v(k：t-vin(i+(r2/r1)xei«rir24whi/2rq 時, ftt灣電流溟器越響段小圖2：接電容c2來旁路ac信號,提高ac的電源抑制。這個偏置電路的3db帶寬是通過電阻ra、rb與電容c2構(gòu)成的并且等于3db bw=2nx50,0(x)(0.ixl()6)=30hz此偏置電路當(dāng)頻率在30hz以內(nèi)時，沒有電源抑制的能力，因此任何在電源線上低于30

35、hz 的信號，能夠輕易地加到放大器的輸入端。一個通常解決這個問題的方法是增加電容值 c2,它的值需要足夠的人，以便能有效地旁路掉偏置電路通頻帶以內(nèi)的全部噪聲。然而在 這里比較合理的方法是，設(shè)置c2與偏置電路連接點的帶寬是十分之一的信號輸入帶寬， 參見圖2。supply voltage (v)zener voltage(v)zener typezener current(iz)rz value(q)+157.51n4100500 jia15 k+157.51n46935 ma1.5 k+126.21n4627500 pa11.5 k+126.21n46915 ma1.15 k+94.31n462

36、3500 jia9.31 k+94.31 n46875 ma931+52.41n4617500 |ia5.23 k+52.71n46825 ma464表2：電路圖3和4的一些齊納二極管與rz電阻值的關(guān)系在冇些運算放大器中輸入偏置電流比較大是需要考慮的，由于放大器偏置電流的影響，偏 置分壓電路的分壓點將偏離vs/2,影響了放大器的靜態(tài)工作點。為了使放大器的靜態(tài)工作 點盡量靠近vs/2，需要增加平衡電阻，見電路圖2o在這個電路中運算放大器選用的是 sgm8541,該放大器的輸入偏置電流在常溫下只有1-2個皮安，兒乎為零，因此可以不 考慮輸入偏置電流帶來的誤差。但如果工作在非常寬的溫度范圍(20&#

37、176;c80°c),在放大器 的正負輸入端加平衡電阻能很好地阻止輸入帶來的誤差。r2100kqcouti ipvourarl圖3：齊納二級管偏置電路。設(shè)計單電源運算放大器電路，需要考慮輸入偏置電流誤差、電源抑制、增益、以及輸入與 輸出線路帶寬等等。然而普通的應(yīng)用設(shè)計是可以通過查表來獲得，見表仁 在單電源電壓 為15v或12v時偏置分壓的兩個電阻通常選用100kq,這樣可以在電源消耗與輸入偏置 電流誤差之間合理的折中。5v單電源偏置分壓電阻減小到一個比較低的值，例如42kq。 還有些在3.3v應(yīng)用屮偏置分壓電阻選在27kq左右。齊納二級管偏置電路rhi=r2=100kq, cn=0.

38、1nf,gaininput bw (hz)output bw (hz)c|n* (pf)r1 (kft)c1*(pf)gout（4匸）rload (kd)1010100.311.020.21002010100.35.234.70.21001050500.111.00.470.0510010120200.21.0150.1100表3：電路參數(shù)及期間參數(shù)選擇。雖然電阻偏置電路技術(shù)成本很低，并且始終能保持運放輸出控制在vs/2,但運放的共模抑 制能力完全依靠ra/rb與c2構(gòu)成的rc時間常數(shù)。通過使用c2可以提高至少10倍的 rc（rc通過r1/c1與fwgn的網(wǎng)路構(gòu)成）時間常數(shù)，這將有助于提高共模抑制比。ra與 rb在使用100kq,并且電路帶寬沒有降低的時候，c2可以保持相當(dāng)小的容量。也可以采用其它的方法在單電源屮提供偏置電壓，并且有很好的電源抑制與共模抑制。比如在偏置 電路中可以使用一個齊納二極管調(diào)整偏置電壓，提供靜態(tài)工作點。圖4：利用相同的齊納二極管的反相放大器電路的偏置方法。在圖3中，電流通過電阻rz流到齊納二極管，形成偏置