單電源運(yùn)放減法電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1、放大電路

　　放大電路有兩個(gè)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(duì)于交流電路，反向的意思是相角被移動(dòng)180度。這種電路采用了耦合電容――Cin。Cin被用來(lái)阻止電路產(chǎn)生直流放大，這樣電路就只會(huì)對(duì)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(duì)直流放大進(jìn)行計(jì)算。

　　在高頻電路中，不要違反運(yùn)放的帶寬限制，這是非常重要的。實(shí)際應(yīng)用中，一級(jí)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，除非在布板的時(shí)候就非常注意。如果要得到一個(gè)放大倍數(shù)比較的大放大器，用兩個(gè)等增益的運(yùn)放或者多個(gè)等增益運(yùn)放比用一個(gè)運(yùn)放的效果要好的多。

　　2、運(yùn)算放大器減法電路

　　由e1輸入的信號(hào)，放大倍數(shù)為R3/R1，并與輸出端e0相位相反，所以：

　　3.電源供電和單電源供電

　　所有的運(yùn)算放大器都有兩個(gè)電源引腳，一般在資料中，它們的標(biāo)識(shí)是VCC＋和VCC－，但是有些時(shí)候它們的標(biāo)識(shí)是VCC＋和GND。這是因?yàn)橛行?shù)據(jù)手冊(cè)的作者企圖將這種標(biāo)識(shí)的差異作為單電源運(yùn)放和雙電源運(yùn)放的區(qū)別。但是，這并不是說(shuō)他們就一定要那樣使用――他們可能可以工作在其他的電壓下。在運(yùn)放不是按默認(rèn)電壓供電的時(shí)候，需要參考運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)，特別是絕對(duì)最大供電電壓和電壓擺動(dòng)說(shuō)明。

　　絕大多數(shù)的模擬電路設(shè)計(jì)者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運(yùn)算放大器，比如圖一左邊的那個(gè)電路，一個(gè)雙電源是由一個(gè)正電源和一個(gè)相等電壓的負(fù)電源組成。一般是正負(fù)15V，正負(fù)12V和正負(fù)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(fù)電壓的擺動(dòng)幅度極限Vom以及最大輸出擺幅。

　　單電源供電的電路（圖一中右）運(yùn)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GND。將正電壓分成一半后的電壓作為虛地接到運(yùn)放的輸入引腳上，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓也是該虛地電壓，運(yùn)放的輸出電壓以虛地為中心，擺幅在Vom之內(nèi)。有一些新的運(yùn)放有兩個(gè)不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)中會(huì)特別分別指明Voh和Vol。需要特別注意的是有不少的設(shè)計(jì)者會(huì)很隨意的用虛地來(lái)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(jì)者必須在輸入和輸出的地方加入隔直電容，用來(lái)隔離虛地和地之間的直流電壓。

　　通常單電源供電的電壓一般是5V，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓擺幅會(huì)更低。另外現(xiàn)在運(yùn)放的供電電壓也可以是3V也或者會(huì)更低。出于這個(gè)原因在單電源供電的電路中使用的運(yùn)放基本上都是Rail－To－Rail的運(yùn)放，這樣就消除了丟失的動(dòng)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Rail－To－Rail的，如果運(yùn)放的輸出或者輸入不支持Rail－To－Rail，接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會(huì)使運(yùn)放的功能退化，所以需要仔細(xì)的參考數(shù)據(jù)手冊(cè)是否輸入和輸出是否都是Rail－To－Rail。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會(huì)退化，這是設(shè)計(jì)者的義務(wù)。

　　4.虛地

　　單電源工作的運(yùn)放需要外部提供一個(gè)虛地，通常情況下，這個(gè)電壓是VCC/2，圖二的電路可以用來(lái)產(chǎn)生VCC/2的電壓，但是他會(huì)降低系統(tǒng)的低頻特性。

　　R1和R2是等值的，通過(guò)電源允許的消耗和允許的噪聲來(lái)選擇，電容C1是一個(gè)低通濾波器，用來(lái)減少?gòu)碾娫瓷蟼鱽?lái)的噪聲。在有些應(yīng)用中可以忽略緩沖運(yùn)放。

? ?5.lm158單電源運(yùn)放減法電路設(shè)計(jì)

　　用LM158構(gòu)成的單運(yùn)放基本減法電路是怎么樣的呢？ 下圖為L(zhǎng)M158單運(yùn)放基本減法電路。

　　為了消除偏置電流引起的誤差，要求運(yùn)算放大器兩輸入端的外電路其總電阻必須平衡，即

　　該電路所用器件LM158。它為單片高增益雙運(yùn)算放大器，可在較寬范圍的單電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓大小無(wú)關(guān)。