单电源供电运放电路设计
运算放大器基本电路大全!
运算放大器基本电路大全!引言我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。
运放单电源,双电源供电使用方法
运放作为低频电路的主要元件之一，在供电方式上有单电源和双电源两种，而选择何种供电方式，是初学者的困惑之处，本人也因此做了详细的实验，在此对这个问题作一些总结。
首先，运放分为单电源运放和双电源运放，在运放的datasheet 上，如果电源电压写的是（＋3V-＋30V）/（±1.5V-±15V）如324，则这个运放就是单电源运放，既能够单电源供电，也能够双电源供电；如果电源电压是（±1.5V-±15V）如741，则这个运放就是双电源运放，仅能采用双电源供电。
但是，在实际应用中，这两种运放都能采用单电源、双电源的供电模式。
具体使用方式如下：1：在放大直流信号时，如果采用双电源运放，则只能选择正负双电源供电，否则无法正常工作；如果采用单电源运放，则单电源供电或双电源供电都可以正常工作；2：在放大交流信号时，无论是单电源运放还是双电源运放，采用正负双电源供电都可以正常工作；3：在放大交流信号时，无论是单电源运放还是双电源运放，简单的采用单电源供电都无法正常工作，对于单电源运放，表现为无法对信号的负半周放大，而双电源运放无法正常工作。
要采用单电源，就需要所谓的“偏置”。
而偏置的结果是把供电所采用的单电源相对的变成“双电源”。
具体电路如图：首先，采用耦合电容将运放电路和其他电路直流隔离，防止各部分直流电位的相互影响。
然后在输入点上加上Vcc/2的直流电压，分析一下各点的电位，Vcc是Vcc,in是Vcc/2,－Vcc是GND,然后把各点的电位减去Vcc/2，便成了Vcc是Vcc/2,in是0,－Vcc是－Vcc/2,相当于是“双电源”！！在正式的双电源供电中，输入端的电位相对于输入信号电压是0，动态电压是Vcc是＋Vcc,in是0＋Vin,－Vcc是-VCC，而偏置后的单电源供电是Vcc是＋Vcc,in是Vcc/2+Vin,－Vcc是GND,相当于Vcc是Vcc/2,in是0+Vin,－Vcc是－Vcc/2,与双电源供电相同，只是电压范围只有双电源的一半，输出电压幅度相应会比较小。
一种单电源电荷灵敏放大器的设计
631
值 ,由 于 栅 极 无 电 流 产 生 ,其 直 流 电 压 等 于 运 放 6脚输出电 压,而 场 效 应 管 的 源 极 电 压 被 设 计 小 于 栅 极 电 压 ,使 栅 源 电 压 为 负 ,从 而 保 证 场 效 应管正常工 作。 另 外 为 保 证 运 放 正 常 工 作,漏 极电压设计等于运放虚地电压。
7 结束语
本文介绍的单电源电荷灵敏放大器已应用 在 半 导 体 个 人 剂 量 仪 中 ,经 长 期 使 用 ,电 路 性 能 稳定。单电源的电荷灵敏放大器为仪器便携、 低功耗、电池 供 电 设 计 提 供 了 基 础。 电 路 在 实 际 使 用 中 ,在 噪 声 、电 磁 兼 容 等 性 能 方 面 还 有 待 提高。
能 量 成 正 比,并 消 除 了 探 测 器 结 电 容 和 分 布 电 容的影响。采用集成运算放大器设计的电荷灵 敏 放 大 器,为 降 低 噪 声 一 般 在 放 大 器 加 一 级 结 型 场 效 应 管 输 入 级,再 根 据 实 际 电 路 要 求 选 择 合适的集成运算放大器。
1 电路原理
5 电路性能
电路主要 性 能 测 试 结 果,电 荷 灵 敏 度 ACQ =2×1012V/C;上 升 时 间 小 于 50ns;最 高 计 数 率 大 于 500kHz;
噪声电压小于2mV;信 噪 比 5 倍(241Am); 工作电流小于1mA;工作电压:在 2.7～5.5V; 在 0～50℃ 之 间 平 均 温 度 系 数 为 0.08%/℃ 。
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运算放大器基本电路大全我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。
运方
单电源运放图集介绍我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是他们都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1． 1电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC －，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限V om以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路（图一中右）运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在V om之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明V oh和V ol。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
（参见1.3节）图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V也或者会更低。
利用单电源运算放大器构建全波整流电路
厂
很 容易用两 个 ｌ ２ Ｏ ｋ ｅ ２ 电 阻 并 联 置 电荷泵 ，使 用单 电源供 电可实现 双 Ｒ４
电源 轨 性 能 。
｛
／ ＿ ． ＿ ｌ ＿ ＿ ， ，
一
实 现 。 全 部 ４个 电 阻 的 比 值 非 常 重
要 ：Ｒ１ ０ ． ５×Ｒ】 ；Ｒ ４ ＝２ Ｘ Ｒ３ ； 以 及
信 号 ２ ０ ０ Ｉ Ｉ ｚ 、ｌ ｋＨｚ 和ｔ ０ ｋＨｚ 时 的 情 开 路 状 态 恢 复 ， 必 须 以 其 最 人 速 率 摆 常 要 求 电 路 采 用 双 电 源 工 作 ， 本 文 介
况：
动 ，以跟 踪 输 入 。 目前为 止 ，仅仅 展示 了小信 号 ，
有 助干 降 低 Ｍ ＡＸ ４ ４ ２ ６ ７ 的 电荷 泵 零输 出的Ｍ Ａ Ｘ４ ４ ２ ６ ７ 单 电源 、双运放 容 Ｃ１
实 现 全 波 整 流 器 ，该 放 大 器 仅 使 用 了 噪 声 。
号） ；Ｖ Ｏ Ｕ Ｔ 失真 为２ ｍＶ（ 蓝 色信号 ）
单 个 电源轨 。 电路 已经存 在 了很长时 间。 电路 要求 负电源 ，以使Ｘ１ 放大 器 输 出等 于输入 电压一０ ． ５ 倍 的负 电压 。 注 意 ，输 入 为正 值 时 ，ｘｌ 的 增 益 为
一
０ ． ５ Ｖ／ Ｖ再加 上二 极 管 压 降 ，所 以
ｍ４ Ｖ － －２ ０ ０ ｍＹ ，１ ｋ Ｈ ｚ （ 黄色信号 ） 图２ ｖ （ 黄 色信号 ） 为１ Ｖ ｐ ￣ ＠ｌ ｋ Ｈ ｚ ；蓝 色信
号为Ｖ
Ｏ Ｐｌ 节 点恰好等 于输 入的一 ０ ． ５ 倍。
Ｖ 失真为８ ｍＶ（ 蓝色信号 ）
低 频时 ，输 出 几乎 无误 差 。在 图
单电源运放电路 施密特触发器
单电源运放电路施密特触发器单电源运放电路中的施密特触发器是一种常见的电路，它具有非常重要的应用价值。
本文将介绍施密特触发器的原理、特点以及在实际电路中的应用。
施密特触发器是一种基于正反馈的电路，在电子学中被广泛应用于触发器、振荡器等电路中。
它的主要作用是将输入信号转换为稳定的输出信号，并且具有良好的噪声抑制能力。
施密特触发器的基本结构由两个比较器组成，分别称为上阈值比较器和下阈值比较器。
当输入信号超过上阈值时，上阈值比较器的输出为高电平，触发器的输出由低电平翻转为高电平；当输入信号低于下阈值时，下阈值比较器的输出为高电平，触发器的输出由高电平翻转为低电平。
这种翻转的过程可以形象地比喻为触发器的“触发”。
施密特触发器的工作原理可以用一个简单的例子来解释。
假设我们有一个施密特触发器，其上阈值为Vth+，下阈值为Vth-，输入信号为Vin。
当Vin超过Vth+时，触发器的输出由低电平翻转为高电平；当Vin低于Vth-时，触发器的输出由高电平翻转为低电平。
这种翻转的过程可以看作是一个开关的动作，输入信号的变化控制触发器的输出状态。
施密特触发器具有以下几个特点：1. 高噪声抑制能力：施密特触发器在输出状态稳定时，对输入信号的抖动和噪声具有较高的抑制能力，能够有效地消除干扰信号对输出的影响。
2. 高增益：施密特触发器的输出与输入信号之间具有较高的增益，可以放大输入信号的微弱变化，提高电路的灵敏度。
3. 可调节阈值：施密特触发器的上下阈值可以通过调节电阻分压器的阻值来实现，从而适应不同的输入信号范围。
4. 双稳态输出：施密特触发器的输出状态只有两种，即高电平和低电平，具有双稳态特性。
这种双稳态输出使得触发器可以用于存储二进制信息，实现各种逻辑功能。
施密特触发器在实际电路中有广泛的应用。
其中，最常见的应用是作为振荡器电路。
通过适当选择电阻和电容的数值，可以实现稳定的振荡输出。
此外，施密特触发器还可以用作频率锁定电路、数字电压比较器、代码转换器等。
运放基本电路大全
运算放大器基本电路大全运算放大器电路大全我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom 以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC －引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
单电源运放在电路设计中的应用
２ 虚 地
单电源工作的运放需要外部提供 一个虚地 ，通 常情
况 下 ，这个 电压 是 ＶＣ ／ ， 图 ２的 电路是 可 以用 来产 生 Ｃ２ ｖ ｃ２的电压 ， Ｃ， 但是 会 降低 系统 的低 频特 性 。
ＴＯ— ｎ。 Ｒａ
经 常使用 的运 算放 大器 设计许 多经 典 的 电路 ，但 这 些 电路 大 多建 立在双 电源运 算放 大器 的基 础上 ，很 多时 候， 电路 的设 计者 必须用 单 电源运 放 ， 设 计单 电源 电路 在 时 需要 比双 电源 电路 更加 小心 ，这 里对如何 将双 电源 电 路转换 成单 电源 电路进行 简要介 绍。
样使用， 也可能可以工作在其他的电压下， 在运放不是按 默认电压供电时， 需要参考运放的数据手册， 特别是 绝对 最 大供 电电压 和 电压 摆动说 明。 大 多数 的模拟 电路 设计者 都知 道 怎么在 双 电源 电压 的条件 下使用 运 算放 大器 ， 图 １ 如 左边 的电路 ， 一个 双 电
１ 单电源运 放
所 有 的运算放 大器 都 有两个 电源 引脚 ，一般在 资料 中标 识 是 Ｖ Ｃ 和 Ｖ Ｃ Ｃ＋ Ｃ 一，但 是 有 些 时候 它 们 的标 识 是 ＶＣ ＋ Ｇ Ｄ， Ｃ 和 Ｎ 这是 有些 数据 手册将 这种 标识 的差异 作为 单 电源运 放和 双 电源运 放 的 区别 。这 并不 是说 一定 要那
围。
放或 者 多个 等增 益运 放 比用 一个运 放 的效 果 要好 的 多。 图 ４一个 反 相加 法器 ， 它是 一个 基 本 的音 频 混合 器 。 但是该电路很少用于真正的音频混合器。因为这会逼近
运放交流放大电路的设计
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0.01～0.1μF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。
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单电源供电运放电路设计
模拟电路设计，在学习中还属于薄弱环节。
以设计单电源供电、由运用运放构成、输入方波、输出三角波的电路为例，探讨一下设计中一些需要考虑的问题。
1. 运放双电源供电
运放通常使用正负相等的双电源供电，输入信号和输出信号均以“地”（电位为0）为参考点。
-+o m V +m -V 图 1.1
图1.1双电源供电电路需要关注如下问题：
（1）电路的静态（输入信号为0，输入端接地）时，同相、反相输入端直流电位应近似为0（理想为0），输出端为0（0为运放理想情况，实际可能相差较大，因为运放开环具有极高增益、且有运放的失调、R 的差异等）。
静态输出不为0的解决办法是：在电容上并联一个100--500倍R 的电阻，使电路在静态时形成-100到-500倍增益的放大电路，选用100—500倍R 的并联电阻，是让RC 的积分特性仍近
似为RC 确定（100-500R 的影响近似忽略）。
此时输出静态电压若还有较小的输出静态电位偏差（指不为0），可通过运放的调零电路解决。
电路如图1.2所示。
-+o
R
m V +m -V 图1.2
（2）运放反相输入端的电阻，称为静态平衡（匹配）电阻，主要抵消运放输入电流在输入端产生微小差模直流电压。
这里需要注意，运放的两个输入端必须有直流通路，为其提供输入电流，这样运放才能在放大状态下正常工作。
LT1226运放内部的输入部分电路见图1.3。
除加电源外，只有给运放内部T1、T2的基极适当的直流偏置（适当的直流电位及基极电流），才能工作于放大区。
图1.3
2. 运放单电源供电
运放使用单电源供电，需要将电路的静态工作电位调整到0.5VCC 。
即两个输入端及输出端的静态电位均应为0.5VCC 。
解决的办法之一是通过两个电阻分压，提供给运放的输入端。
类似与晶体管电路中讲
到的分压式负反馈偏置电路，分压电路需要有稳定的分压值，使基极电流的影响可以忽略。
电路见图1.4。
-+i v o
v R m V +m -V 图1.4
图1.4中：
（1）由于反相输入端的电阻R串接了电容，没有直流通过了，所以同相输入端的直流匹配电阻换为100R，与反馈电容并联的电阻实现直流匹配（这里忽略了两个10R电阻的影响）。
（2）两个10R电阻分压得到0.5VCC中间电压，由于其电阻为同相输入端电阻（100R）的十分之一，得到的0.5VCC值的误差会小于10%。
（3）由于输入信号不会是中间点为0.5VCC的方波信号，这里通过隔直流电容提供给波形转换电路。
同样的理由，输出信号通过隔直流电容后提供给负载。
（4）两个隔直流电容（100C）为100倍的C，取值理由是让其只起隔直流作用，基本不影响RC构成电路的充放电时间的计算（或曰：充放电只由RC确定，两个100C的影响可忽略；再或曰：两个100C 的容抗远小于C，电路的充放电只由RC确定）。
（5）电路中相关100R、100C是指取值是R、C的100倍，关于倍数，可根据需求（精度等）适当调整（如10--500倍）。
例如100R与R 的倍数越小，输出波形的变形（三角波的失真）可能越大。
3.关于RC的选取
（1）如果输入信号的频率、幅度已经确定，可根据输入信号高、低电平的持续时间、输出三角波的幅度等确定RC。