偏置原因分析 - 运放加偏置电压电路图分析

　　偏置原因分析

　　从上述LM358内部电路分析可知，单电源供电时运放只能放大对地电压为正（信号同相端输入）或为负（信号反向端输入）的直流信号。如果输入信号对地为交流时，负半波（信号同相端输入）或正半波（信号反向端输入）因为Q13的发射结反偏截止而无法放大，使输出波形严重失真。因此为了获得不失真的交流放大波形，需通过给输入信号叠加对地VCC/2的偏置电压，而得到对地电压大于零的直流信号。选取VCC/2作为偏置电压的目的是为了获得最大的输出动态响应范围。

　　但是如果运放的一个输入端输入对地偏置VCC/2的信号，另一个输入端接地，就可以得到如图2所示的（a），（b）两种情况。由图2（a）可得输出电压表达式

　　

　　由该式可知输出电压应该是负值，但是由于单电源运放的输出下限饱和值接近0V，而不可能输出负电压。因此运放的输出电压也接近0V，输出波形严重失真。由图2（b）可得输出电压表达式：

　　

　　同样由该式可知，在有效信号放大的同时偏置电压VCC/2也被放大到输出端。因为运放饱和输出电压的限制，使电压放大倍数被限制在2倍的范围。若超过这个范围，输出电压饱和、被放大信号波形失真。因此有效信号无法获得足够的放大倍数。

　　从上面的分析可以得出下面的结论：当输入的交流信号对地叠加VCC/2偏置电压后，就必须在运放的另一个输入端也叠加VCC/2的偏置电压。如图3所示

　　

　　由图3（a），（b）可分别得到输出电压表达式：

　　

　　从上述的两个表达式分析可得出，偏置电压VCC/2没有被放大，有效信号能获得足够的放大倍数，并且无论输入信号是从同相端接入还是从反向端接入都可以获得不失真的波形。但是此时输出电压包含VCC/2的直流分量，这可以通过在输出端加隔直电容C滤除直流偏压，进而得到只放大但不失真的输出电压信号。