单电源运算放大器滤波电路
单电源运放与滤波电路
单电源运放与滤波电路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。
利用单电源运算放大器构建全波整流电路
利用单电源运算放大器构建全波整流电路利用单电源运算放大器构建全波整流电路使用单电源运算放大器时，在双极性信号环境下实现简单功能可能也非常具有挑战性，往往要求附加运算放大器和/或其他电子元件。
现在有了替代方案。
MAX44267具有独特的内置电荷泵，使用单电源供电可实现双电源轨性能。
电路设计图1所示的电路中使用具有真正零输出的MAX44267单电源、双运放实现全波整流器，该放大器仅使用了单个电源轨。
电路已经存在了很长时间。
电路要求负电源，以使XI 放大器输出等于输入电压0.5倍的负电压。
注意，输入为正值时，XI的增益为-0.5V/V再加上二极管压降，所以OPI节点恰好等于输入的-0.5倍。
输入摆动至负值时，X1被二极管D1截断，由于电阻分压（R1+R2与R3）的原因，OPI节点也为输入电压的一半。
然后放大器X2提供进一步增益（-2V/V），修正较早的50%衰减。
R1、R2和R3为标准值，而R4很容易用两个120kΩ电阻并联实现。
全部4个电阻的比值非常重要：R2=0.5×R1；R4=2×R3；以及R1+R2+R3=R4。
二极管Dl可以为任意低泄漏信号二极管，例如1N914。
电容C1有助于降低MAX44267的电荷泵噪声。
低频时，输出几乎无误差。
在图2所示的输出过零点，仅有8mV 的失真。
这是由于XI放大器必须从被Dl截断的状态恢复造成的。
然而其他大多数只有单电源的放大器，输入过零时，输出达不到真正零输出。
随着频率升高，输出开始显现出较大失真。
以下的示波器截图中，给出了各种输入幅值和频率时的情况。
图3、4和5所示分别为200mVp-p输入信号在200Hz、lkHz和lOkHz 时的情况：数据表明，频率限制了电路结构。
尤其是运放X1需要有限时间从开路状态恢复，必须以其最大速率摆动，以跟踪输入。
目前为止，仅仅展示了小信号，但该结构也能处理较大的信号幅值。
注意，尽管波形看起来好得多，但踪迹缩放比例隐藏了在低幅值信号上可见的误差。
单电源运放电路
单电源运放电路
单电源运放电路是一种常见的电路设计，常用于需要单电源供电的应用中。
与双电源运放电路相比，单电源运放电路只需一种电源电压，更加简单且经济。
本文将介绍单电源运放电路的基本原理和常见应用。
单电源运放电路的基本原理是通过一个供电电源，将运放的非反相输入端接地，反相输入端通过电阻和电容网络与电源相连，从而实现幅值放大和信号的运算。
在单电源运放电路中，由于电源电压范围的限制，输出信号的幅值可能受到一定的限制。
单电源运放电路的常见应用包括放大电路、滤波电路、积分电路和微分电路等。
在放大电路中，单电源运放电路可以将输入信号放大到更高的幅值，以满足特定应用的要求。
滤波电路利用单电源运放电路的特性，可以消除输入信号中的高频干扰，实现信号的滤波效果。
积分电路和微分电路则利用单电源运放电路对输入信号进行积分和微分运算，广泛应用于信号处理和控制系统中。
为了实现更好的性能，单电源运放电路通常需要采取一些措施来解决电源电压范围限制带来的问题。
例如，可以通过添加偏置电路来保证输出信号的偏置电压正确，以避免信号失真。
此外，还可以采用电源电压稳压器来提供稳定的电源电压，以保证电路的正常工作。
总之，单电源运放电路是一种简单且经济的电路设计，常用于单电源供电的应用中。
通过合理的设计和措施，可以实现信号的放大、滤波、积分和微分等功能，满足不同应用的要求。
运算放大器7大经典电路实图分析!
运算放大器7大经典电路实图分析!运放的基本分析方法：虚断，虚短。
对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。
8号线攻城狮1运放在有源滤波中的应用上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。
有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空会导致运放输出异常。
滤波最常用二阶有源低通滤波电路为巴特沃兹低通滤波，单调下降，曲线平坦最平滑；●巴特沃兹低通滤波中用的最多的是赛伦凯乐电路，即仿真的该电路。
一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。
如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。
当两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。
二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为 1+Rf /R1 ，与一阶低通滤波电路相同；截止频率为：注明，m的单位为欧姆， N 的单位为 u。
所以计算得出截止频率为：●切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；●贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
8号线攻城狮2运放在电压比较器中的应用上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
运算放大器用作滤波的原理
运算放大器用作滤波的原理
运算放大器可以用作滤波器的原理是利用其高增益特性和输入输出之间的线性关系。
运算放大器可以通过配置电阻、电容和电感等元件来搭建不同类型的滤波器电路。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
下面分别介绍它们的原理：
1. 低通滤波器：用于从输入信号中滤除高频成分，只保留低频部分。
运算放大器可以通过电容和电阻组成RC电路，将高频信号绕过放大器输出。
低频信号经过放大器的增益放大后，直接输出。
2. 高通滤波器：用于从输入信号中滤除低频成分，只保留高频部分。
运算放大器可以通过配置电容和电阻组成RC电路，将输入信号经过放大器的直流分量滤除。
高频信号经过放大器的增益放大后，直接输出。
3. 带通滤波器：用于只传递一定频率范围内的信号。
运算放大器结合电容、电阻和电感组成带通滤波器电路，可以选择性地传递一定范围的频率信号。
4. 带阻滤波器：用于抑制一定频率范围内的信号。
运算放大器结合电容、电阻和电感组成带阻滤波器电路，可以选择性地阻止一定范围的频率信号通过。
总之，运算放大器作为滤波器的原理在于通过电容、电阻和电
感等元件的组合，来调整运算放大器的输入输出特性，实现对不同频率信号的选择和处理。
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
带通滤波器电路及参数的确定
图1所示是一个多路负反馈二阶有源带通滤波器，它使用单个通用运算放大器（通用运放）接成单电源供电模式，易于实现。
它的上限截止频率和下限截止频率可以非常近，具有非常很强的频率选择性。
令C1=C2=C，Req是R1和R2并联的值。
品质因数Q等于中心频率除以带宽，Q = fC/BW。
由式可以看出可以通过让R3的值远大于Req来获得大的Q值
Q值越大，频率选择性越好，带宽越小。
反之则反。
令中心频率为fc，则计算公式如下：
其中
关于本有源带通滤波器电路的详细论述及PSPICE仿真结果请访问：
有源带通滤波器
借助本工具软件，您可以：
输入增益GAIN，带宽BW，中心频率F，电容值C，计算有源带通滤波器电阻值R1,R2,R3：
另外关于PWM的低通滤波可以参考《德州仪器高性能单片机和模拟期间》。
单电源运放电路
单电源运放电路一、概述单电源运放电路是指在电路中只有一个正电源，没有负电源的情况下使用的运放电路。
这种电路常见于便携式设备中，因为它可以减小设备体积和成本。
二、单电源运放的特点1. 只有一个正电源，没有负电源。
2. 输出信号不能超过正电源和地之间的范围。
3. 不能直接连接负载。
三、解决单电源运放的问题1. 偏置电压：由于单电源运放没有负电源，会导致输出信号出现偏置。
解决方法是添加偏置网络或使用带有输入偏置的运放。
2. 输出信号范围：由于输出信号不能超过正电源和地之间的范围，需要添加一个参考电压来限制输出范围。
3. 直接连接负载：由于单电源运放不能直接连接负载，需要添加一个耦合器来隔离直流偏置并提供交流通路。
四、常用的单电源运放配置1. 非反向比例放大器：将输入信号乘以一个系数并输出。
常用于音频处理和传感器接口等应用。
2. 反向比例放大器：将输入信号取反并乘以一个系数并输出。
常用于信号放大和电压调节等应用。
3. 滤波器：将输入信号通过一个滤波器并输出。
常用于音频处理和信号处理等应用。
五、单电源运放的优缺点1. 优点：（1）体积小，成本低。
（2）适合便携式设备。
（3）易于设计和实现。
2. 缺点：（1）输出范围受限制。
（2）偏置电压会影响精度。
（3）不能直接连接负载。
六、应用案例单电源运放常见于便携式设备中，如移动电话、MP3播放器等。
以移动电话为例，它需要使用单电源运放来处理音频信号并驱动扬声器。
在这种情况下，单电源运放可以减小设备体积和成本，并提供高品质的音频输出。
七、总结单电源运放是一种适合便携式设备的运放电路，它具有体积小、成本低等优点。
但是它也存在着输出范围受限制、偏置电压会影响精度等缺点。
在设计单电源运放电路时需要注意解决这些问题，并根据具体应用需求选择合适的电路配置。
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单电源运算放大器电路应用图集(三)：滤波电路(上)
这节非常深入地介绍了用运放组成的有源滤波器。
在很多情况中，为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端串入了电容。
这个电容实际上是一个高通滤波器，在某种意义上说，像这样的单电源运放电路都有这样的电容。
设计者必须确定这个电容的容量必须要比电路中的其他电容器的容量大100 倍以上。
这样才可以保证电路的幅频特性不会受到这个输入电容的影响。
如果这个滤波器同时还有放大作用，这个电容的容量最好是电路中其他电容容量的1000 倍以上。
如果输入的信号早就包含了VCC/2 的直流偏置，这个电容就可以省略。
这些电路的输出都包含了VCC/2 的直流偏置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容。
这里有一个有关滤波器设计的协定，这里的滤波器均采用单电源供电的运放组成。
滤波器的实现很简单，但是以下几点设计者必须注意：
1. 滤波器的拐点(中心)频率
2. 滤波器电路的增益
3. 带通滤波器和带阻滤波器的的Q值
4. 低通和高通滤波器的类型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell)
不幸的是要得到一个完全理想的滤波器是无法用一个运放组成的。
即使可能，由于各个元件之间的负杂互感而导致设计者要用非常复杂的计算才能完成滤波器的设计。
通常对波形的控制要求越复杂就意味者需要更多的运放，这将根据设计者可以接受的最大畸变来决定。
或者可以通过几次实验而最终确定下来。
如果设计者希望用最少的元件来实现滤波器，那么就别无选择，只能使用传统的滤波器，通过计算就可以得到了。
3．1 一阶滤波器
一阶滤波器是最简单的电路，他们有20dB 每倍频的幅频特性
3．1．1 低通滤波器
典型的低通滤波器如图十三所示。
图十三
3．1．2 高通滤波器
典型的高通滤波器如图十四所示。
图十四
3．1．3 文氏滤波器
文氏滤波器对所有的频率都有相同的增益，但是它可以改变信号的相角，同时也用来做相角修正电路。
图十五中的电路对频率是F 的信号有90 度的相移，对直流的相移是0度，对高频的相移是180度。
图十五
3．2 二阶滤波器
二阶滤波电路一般用他们的发明者命名。
他们中的少数几个至今还在使用。
有一些二阶滤波器的拓扑结构可以组成低通、高通、带通、带阻滤波器，有些则不行。
这里没有列出所有的滤波器拓扑结构，只是将那些容易实现和便于调整的列了出来。
二阶滤波器有40dB 每倍频的幅频特性。
通常的同一个拓扑结构组成的带通和带阻滤波器使用相同的元件来调整他们的Q 值，而且他们使滤波器在Butterworth 和Chebyshev 滤波器之间变化。
必须要知道只有Butterworth 滤波器可以准确的计算出拐点频率，Chebyshev 和Bessell滤波器只能在Butterworth 滤波器的基础上做一些微调。
我们通常用的带通和带阻滤波器有非常高的Q 值。
如果需要实现一个很宽的带通或者带阻滤波器就需要用高通滤波器和低通滤波器串连起来。
对于带通滤波器的通过特性将是这两个滤波器的交叠部分，对于带阻滤波器的通过特性将是这两个滤波器的不重叠部分。
这里没有介绍反相Chebyshev 和Elliptic 滤波器，因为他们已经不属于电路集需要介绍的范围了。
不是所有的滤波器都可以产生我们所设想的结果――比如说滤波器在阻带的最后衰减幅度在多反馈滤波器中的会比在Sallen－Key 滤波器中的大。
由于这些特性超出了电路图集的介绍范围，请大家到教科书上去寻找每种电路各自的优缺点。
不过这里介绍的电路在不是很特殊的情况下使用，其结果都是可以接受的。
3．2．1 Sallen－Key滤波器
Sallen-Key 滤波器是一种流行的、广泛应用的二阶滤波器。
他的成本很低，仅需要一个运放和四个无源器件组成。
但是换成Butterworth 或Chebyshev 滤波器就不可能这么容易的调整了。
请设计者参看参考条目【1】和参考条目【2】，那里介绍了各种拓扑的细节。
这个电路是一个单位增益的电路，改变Sallen－Key 滤波器的增益同时就改变了滤波器的幅频特性和类型。
实际上Sallen－Key 滤波器就是增益为1的Butterworth 滤波器。
图十六
3．2．2 多反馈滤波器
多反馈滤波器是一种通用，低成本以及容易实现的滤波器。
不幸的是，设计时的计算有些复杂，在这里不作深入的介绍。
请参看参考条目【1】中的对多反馈滤波器的细节介绍。
如果需要的是一个单位增益的Butterworth 滤波器，那么这里的电路就可以给出一个近似的结果。
图十七
3．2．3 双T滤波器
双T 滤波器既可以用一个运放也可仪用两个运放实现。
他是建立在三个电阻和三个电容组成的无源网络上的。
这六个元件的匹配是临界的，但幸运的是这仍是一个常容易的过程，这个网络可以用同一值的电阻和同一值的电容组成。
用图中的公式就可以同时的将R3 和C3 计算出来。
应该尽量选用同一批的元件，他们有非常相近的特性。
3．2．3．1 单运放实现
图十八
如果用参数非常接近的元件组成带通滤波器，就很容易发生振荡。
接到虚地的电阻最好在E－96 1％系列中选择，这样就可以破坏振荡条件。
图十九
3．2．3．2 双运放实现
典型的双运放如图20到图22所示
图二十
图二十一
图二十二。