使用单电源的运放交流放大电路

使用单电源的运放交流放大电路

在采用电容耦合的交流放大电路中，静态时，当集成运放输出端的直流电 压不为零时，由于输出耦合电容的隔直流作用，放大电路输出的电压仍为零。所 以不需要集成运放满足零输入时零输出的要求。 因此，集成运放可以采用单电源 供电，其-VEE 端接"地"（即直流电源负极），集成运放的+Vcc 端接直流电源正极， 这时，运放输出端的电压 V0只能在0?+Vcc 之间变化。在单电源供电的运放交 流放大电路中，为了不使放大后的交流信号产生失真， 静态时，一般要将运放输 出端的电压V0设置在0至+Vcc 值的中间，即V0=+Vcc/2。这样能够得到较大的 动态范围；动态时，V0在+Vcc /2值的基础上，上增至接近+Vcc 值，下降至接 近0V,输出电压uo 的幅值近似为Vcc /2。图3请见原稿

Q +Voc

Ri

1. 2. 1单电源同相输入式交流放大电路

图3是使用单电源的同相输入式交流放大电路。电源 Vcc 通过R1和R2 分压，使运放同相输入端电位由于 C 隔直流，使RF 引入直流全负反馈。所以， 静态时运放输出端的电压 V0=V-~V+=+Vc /2; C 通交流，使RF 引入交流部分负 反馈，是电压串联负反馈。放大电路的电压增益为

放大电路的输入电阻 Ri=R1/R2/rif ~R 1/R2,

放大电路的输出电阻 R0=r0f ?0。

1. 2. 2单电源反相输入式交流放大电路

图4是使用单电源的反相输入式交流放大电路。

电源V cc 通过R1和R 2 分压，使运放同相输入端电位 SEf ，为了避免电源的纹波

电压对V+电位的干扰，可以在R2两端并联滤波电容C3,消除谐振；由于C1隔 直流，使RF 引入直流全负反馈。所以，静态时，运放输出端的电压V0=V-~V+=+Vcc + l> 22k? 订

C 1 出（MW

r ______________ t

+

10 10HF

工

图3单电源同相输入成交流敝大电路

/2; C1通交流，使RF 引入交流部分负反馈，是电压并联负反馈。放大电路的

RO=rOf ?0o

(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o 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. 1 yF 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。 电压增益为

放大电路的输入电阻Ri 心R,放大电路的输出电阻

2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 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 等。 号、 号等, 应选用转换速 4558、NE5532

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。单级运放交流放大电路的电压增益 Au 通常不要超过100倍(40dB)。过高的电压增益不但会使放大电路的通带下降， 也 容易感应高频噪声或产生自激振荡。如果要得到一个放大倍数比较大的放大器，

可用两级等增益的运放电路或者多级等增益的运放电路来实现。

(5) 确定交流放大电路中的电阻值。一般应用中阻值在1?100k Q 之间比 较合

适。高速的应用中阻值在100Q ?1k Q 之间，但会增大电源的消耗。便携 设计中阻值在1?10M Q 之间，但会增大系统噪声。先设定图中运放反向输入端

R 电阻值，根据相关电路的电压增益计算式，再估算出反馈电阻 RF 的值。最好 采用金属膜电阻，以减小内噪声。

(6) 确定放大电路中的电容值。信号耦合电容的大小决定放大电路的低频

特性。根据交流放大电路信号频率的高低选择耦合电容值。 若放大的是低频交流 信号，如音频信号，耦合电容值可选择1?22 yF 之间；若放大的是高频交流信 号，耦合电容值可选择1OOOpF ?0. 1卩F 之间。同相输入式交流放大电路引入 直流全反馈的隔直流电容值由 C=1/20 n fR 式估算。式中f 是输入信号的最低频 率。音频信号的最低频率为20Hz,当R > 1k Q 时，经过上式估算，选择C=100yF 时，已经能够满足要求。滤波电容值选择 100?1000卩F 之间。

U P

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4i7l.html