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[导读]运放作为模拟电路的主要器件之一,其供电方式分为单电源供电和双电源供电两种,这是由运放的芯片结构所决定的。

运放作为模拟电路的主要器件之一,其供电方式分为单电源供电和双电源供电两种,这是由运放的芯片结构所决定的。

最初,为满足信号放大线性度的要求,运放均采用双电源供电方式:一个正电源(+ V c c +Vcc+Vcc),一个负电源(− V c c -Vcc−Vcc)且绝对值相同;后来,随着产品对便携、低功耗的性能追求,逐渐推出了采用单电源供电方式的运放,以适应这种减少电源个数降低电源电压的节能需求,但原有的双电源供电功能仍然保留;在运放的datasheet上,如果电源电压写的是(2.5V - 5.5V)或者 (±1.25V - ±2.75V ),如OPAx836,则这个运放就是单电源运放,其既能够由单电源供电,也能够由双电源供电;如果电源电压写的是(±15V),如LM741,则这个运放就是双电源运放,仅能采用双电源供电。

顾名思义,单电源运算放大器旨在使用一个电源运行,而双电源运算放大器旨在使用两个电源运行。两种运算放大器的应用电路方程相同,因此工程师通常假设这两种运算放大器可以互换。理想方程取决于运算放大器的增益和外部元件。陷阱就在这里,因为理想方程不关注运算放大器的内部设计,而内部设计决定了给定运算放大器的电源配置。

回到黑暗时代,LM324 是为数不多的单电源运算放大器之一。尽管 LM324 仍是工业主力,但它存在一些重大的技术缺陷,例如 4mV 输入偏移电压(最佳情况)以及制造商未指定其最小增益带宽(通常约为 400kHz)的事实。LM324 不符合许多设计应用的标准;因此,创意设计师尝试在单电源设计中使用专为双电源操作而设计的运算放大器。设计人员设计了具有 36 至 40V 模拟工艺的老式运算放大器。当单电源应用具有大电源电压时,一切正常,但当工程师在较低电压(3 至 12V)应用中使用双电源运算放大器时,某些运算放大器将无法工作。

当这个问题发生时,对运算放大器电路设计的审查表明,电路的某些部分——通常是偏置方案——需要更高的电压才能正常工作。典型的偏置方案采用由反向偏置的基极-发射极结制成的内部齐纳二极管。反向偏置结产生一个 7V 齐纳二极管,因此该电路无法使用 5V 电源工作。低电压、单电源设计成为寻找能够在降低电源电压的情况下满足电路规格的运算放大器的练习。

如今,运算放大器的目标是在低电压和单电源下运行。因此,出现了一个明显的问题:这些运算放大器是否在双电源下工作?对于制造商指定的单电源和双电源电压的运算放大器,答案是肯定的。然而,这个答案是不完整的,因为仍然存在大量旨在采用单电源供电的运算放大器。除非运算放大器超过最大额定电压,否则它们中的大多数确实 采用双电源供电,因为没有内部电路复杂性。双电源电压必须低于单电源的最大额定电压。输入电压不得超过最大额定电压。除了这些潜在的问题区域外,大多数针对单电源操作的运算放大器在双电源操作时都可以正常工作。

与过去相比,有一件事没有改变:测试所有电路配置的要求。在这种情况下,测试包括运算放大器在现场使用中可以看到的所有可能的工作模式尤为重要。


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