单电源运放图集

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。出于这个原因在单电源供电的电路中使用的
运放基本上都是Rail－To－Rail 的运放，这样就消除了丢失的动态范围。需要特别指出
的是输入和输出不一定都能够承受Rail－To－Rail 的电压。虽然器件被指明是Rail－To
－Rail 的，如果运放的输出或者输入不支持Rail－To－Rail，接近输入或者接近输出电
压极限的电压可能会使运放的功能退化，所以需要仔细的参考数据手册是否输入和输出
是否都是Rail－To－Rail。这样才能保证系统的功能不会退化，这是设计者的义务。