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  • 常用单电源运放偏置方法

    千次阅读 2021-01-12 18:20:11
    1)电阻分压法 电阻分压方法的电路原理图如图4(a)所示。这是一种最常用的偏置方法。他通过用2个100kΩ的电阻R1,R2组成分压网络,形成VCC/2的偏置电压。...图中VCC被R1,R2分压后接到由单电源运放组成的电压跟随器,.

    在这里插入图片描述

    1)电阻分压法

    电阻分压方法的电路原理图如图4(a)所示。这是一种最常用的偏置方法。他通过用2个100kΩ的电阻R1,R2组成分压网络,形成VCC/2的偏置电压。该方法不仅简单而且成本低。

    但是该偏置电压源的输出阻抗大(因为在电池供电的设备中对功耗要求非常严格,所以电阻不能太小),输出电流IO的变化对偏置电压精度的影响很大。因此电阻分压法一般适用于偏置电压精度要求不高的场合。

    2)运放电压跟随器

    法运放电压跟随器法的电路原理图如图4(b)所示。图中VCC被R1,R2分压后接到由单电源运放组成的电压跟随器,进而形成VCC/2的偏置电压源。

    运放加偏置电压电路图分析

    运放组成的电压跟随器是电压串联负反馈,因此他具有很高的输入阻抗与很低的输出阻抗。这样运放的输出端可以看作一个VCC/2的恒压源,输出电流IO的变化对偏置电压几乎没有影响,因此获得精确的VCC/2偏置电压。但是由于增加了一个单电源运放,这种方法的成本比较高。

    3)射级电压跟随器法

    射级电压跟随器法的电路原理图如图4(c)所示。该方法与运放电压跟随器法相似,但是这里采用三极管Q1组成的射极电压跟随器作为电阻分压的输出级。

    射级电压跟随器同样具有输入阻抗高、输出阻抗低的特性,因此该方法也可以避免电阻分压法中输出阻抗高的不足。并且由于只增加了1个三极管,所以成本也比运放电压跟随器法低。但是根据偏置电压计算得到的电阻值经常需要结合实际电阻值选择,因此偏置电压存在误差。

    4)虚地发生器法

    文中介绍了运用虚地发生器如TLE2425/2426等为单电源运放提供精密偏置电压的方法。该方法虽能提供精确的偏置电压,但是成本也比较高。

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  • 单电源运放电路的基本偏置方法

    千次阅读 2020-10-21 21:58:37
    单电源供电根据偏置不同的方法,可以分为交流耦合和直流耦合两种。 交流耦合要考虑到信号的频率,这是因为电容C的阻抗为1/jwc,对于高频信号w较大只需要一个较小的C耦合即可达到低串联阻抗。而对于低频信号则需要较...

    单电源供电根据偏置不同的方法,可以分为交流耦合和直流耦合两种。

    交流耦合要考虑到信号的频率,这是因为电容C的阻抗为1/jwc,对于高频信号w较大只需要一个较小的C耦合即可达到低串联阻抗。而对于低频信号则需要较大的C。

    1.直流耦合型(输入信号不带DC分量)

     根据上图和叠加定理,我们得到

                                                               Vout  = Vref(R1/R2 + 1)-(R1/R2)*Vin;

    因为这里R2 = R1,整理得到:

                                                                Vout = Vref * 2 - Vin;

    为了使输出信号在VCC/2 = 2.5V上摆动,可以求得Vref = 1.25V。输入输出波形图如上图所示。经过正确偏置的输出信号能以2.5V为中心,从而得到了最大的输出摆幅。

    2.直流耦合型(输入信号带有DC分量)

    上面我们介绍了输入信号不带有直流分量的单电源供电的应用,下面我们再来看下当输入信号中带有直流分量的情况。如下图所示:

    未完。。。。。。

     

     

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  • 如果使用单电源供电时,也就是IS1的最终流向是地,如果输入信号是交流信号,那么负半轴的信号并不能让输入端的Q1/Q2处于线性工作状态,会出现严重的放大失真。 2、通过在差分输入端加入偏置电压可以有效解决该问题。...

    单电源运放为什么需要加偏置,如何加偏置?
    1、运放差分输入端可以看做是一个镜像的电流源,如下图:
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    如果使用单电源供电时,也就是IS1的最终流向是地,如果输入信号是交流信号,那么负半轴的信号并不能让输入端的Q1/Q2处于线性工作状态,会出现严重的放大失真。
    2、通过在差分输入端加入偏置电压可以有效解决该问题。通常偏置最好是Vcc/2,而且为了更好的放大,偏置最好用电源产生,不要使用电阻分压。电阻分压会对放大有影响,对输入信号阻抗也会产生影响。
    下面通过仿真来看下有偏置和没偏置的影响。
    **有偏置:
    在这里插入图片描述
    信号源10mV,60Hz波形,使用同向放大,从波形上看的出来相位相同。
    输出端一定会带有2.5V的直流点位在,因为加了偏置就是2.5V,看到的波形大小不一样,是因为不同通道使用的档位不一样,但是可以从中间栏信号值观察;
    蓝色信号是隔直电容后的信号值,P-P值110mV左右,放大11倍。
    无偏置:
    在这里插入图片描述
    1、蓝色波形出现了严重的负半轴失真现象,而且放大倍数远远低于11倍。
    这就是单电源供电运放有无偏置下的放大影响。

    备注:
    1、同向输入端串联的电阻R3主要是为了补偿反向输入端因为偏置电流产生的电压影响,设计的过程中建议加上,如果放大倍数大的情况下是能起到很好的补偿作用,常见于跨阻运放对光电流进行放大,同时这也是一种好的习惯。

    2、如果是反向放大的,信号源直接接反向端即可。
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    放大后的信号与原始信号相位相差180度。

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  • 文章目录前言一、双电源供电情况的偏置二、使用步骤总结 前言 前几篇我们讲了 运放使用总结篇(1) 运算放大器基本概念简介 运放使用总结篇(2) 运算放大器使用注意事项 今天我们来讲运放单电源与双电源情况下的偏置!...

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    前言

    前几篇我们讲了
    运放使用总结篇(1) 运算放大器基本概念简介
    运放使用总结篇(2) 运算放大器使用注意事项
    今天我们来讲运放单电源与双电源情况下的偏置!
    在这里插入图片描述

    一、双电源供电情况的偏置

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    1、运放输入级是差分放大器,其两个基极引出到集成块外,即Up(+)和Un(-)端
    2、运放的两个输入端内部是没有设置偏置的,处于置空状态,所以需要外部进行偏置设定。
    3、之所以内部不进行偏置,是为了使得运放在应用中能够更加灵活地适应外部供电方式。
    4、在存在负电源供电的情况下,只需要运放输入端对地存在直流通路即可通过负电源实现偏置。

    5、运放内部发射极的恒流源使得运放的偏置电流与外部偏置电阻R无关。
    6、偏置电流将会在电阻R上形成压降,这个直流压降将成为运放的直流静态输入电压。

    7、运放的偏置电流很小,一般只有几十到几百纳安,故电阻R上的静态压降很小。

    在这里插入图片描述

    二、双电源供电情况的偏置注意事项

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    1、在直流放大极低频放大器中(例如对温度信号的放大):① 放大器链路中不能存在隔直电容;② 输出端的静态中点的偏移影响不能忽略(即需要实现当Ui=0时,Uo=0)。

    2、因为要求当Ui=0时,Uo=0。但是,当Ui=0时(对地短接),运放的两个输入端对地电阻不等。

    3、所以,应该改成如图所示电路。而且R=R1||R2。
    在这里插入图片描述
    这是假定前级电路的输出电阻趋于零(即信号源Ui的输出电阻近似为零)。如果前级电路有显著的输出电阻,则需另行考虑。

    而对于交流放大器,因为可以采用隔直电容,所以无需这样考虑。

    三、单电源供电情况的偏置

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    1、运放在单电源供电(一般是正电源,例如+5V)时,只能输出单极性电压,不能输出正负电压。但是输入电压往往是有正有负的交流电压,此时运放无法正常工作。
    2、但是运放可以输出含有直流分量的交流电压(仍然是单极性),如图。
    在这里插入图片描述
    为了得到最大的动态范围,一般输出静态直流偏置取电源电压的1/2。
    怎么把运放的输出静态直流电压设置为电源电压的1/2呢?

    四、单电源供电情况的偏置注意事项

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    1、对于直流来说,电路相当于一个电压跟随器,故输出电压为电源电压的1/2。
    2、两个偏置电阻R的并联值成为电路的输入电阻。所以根据所需要的输入电阻确定其大小。
    3、电容C1的容抗应远远小于R/2,即
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    4、电容C2的容抗应远远小于R1,即
    在这里插入图片描述
    上式是为了避免电容C1对输入信号的耦合效果造成影响;下式则是为了避免电容C2对放大器的增益造成影响。
    5、实际上,运放同相输入端1/2电源电压的偏置将输入交流电压叠加了一个直流,使得运放同相输入端的电压成为单极性的电压。

    五、仿真结果

    只放大交流,并不放大直流,对于直流来说,电路相当于一个电压跟随器。
    与理论值一致。
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运放单电源供电偏置