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采用單電源供電時,為什么運算放大器輸出高度失真?

發(fā)布時間:2021-02-18 來源:John Ardizzoni 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】裕量(headroom)肯定是輸出失真的眾多原因之一。有些人可能還不熟悉裕量的概念,它用于衡量放大器的輸入和輸出擺幅接近供電軌的程度。您可能還聽說過“下裕量”(footroom)這一術(shù)語,它是指與負電源的差距,但“裕量”通用于兩個供電軌。因此,對于裕量為±0.8 V的放大器,其擺幅可以達到電源的0.8 V范圍內(nèi)。
 
問題:
 
采用單電源供電時,我的運算放大器輸出會高度失真。這可能是因為某種裕量問題嗎?
 
答案:
 
裕量(headroom)肯定是輸出失真的眾多原因之一。有些人可能還不熟悉裕量的概念,它用于衡量放大器的輸入和輸出擺幅接近供電軌的程度。您可能還聽說過“下裕量”(footroom)這一術(shù)語,它是指與負電源的差距,但“裕量”通用于兩個供電軌。因此,對于裕量為±0.8 V的放大器,其擺幅可以達到電源的0.8 V范圍內(nèi)。
 
幸好,根據(jù)數(shù)據(jù)手冊的技術(shù)規(guī)格或性能曲線,就可以迅速確定放大器的裕量要求。輸入裕量指輸入共模電壓范圍(ICMVR)與電源電壓的差異。輸出裕量指輸出電壓擺幅與電源電壓的差異。超過ICMVR或者要求放大器的輸出高于額定輸出擺幅,當(dāng)然會使輸出信號失真。
 
采用單電源供電則使問題進一步復(fù)雜化。幾乎所有放大器都能采用單電源供電。放大器不在乎所用電源是10 V單電源還是±5 V雙電源,它只看到電源引腳上有10 V電壓。然而,輸入端則不同。采用對稱雙極性電源時,中間電源電壓為0;采用單電源時,中間電源電壓為電源電壓的一半。
 
對于參考地的信號,最好使用雙極性電源,因為二者均參考地(中間電源電壓)。在單電源應(yīng)用中,輸入信號必須偏置以匹配中間電源電壓,才能實現(xiàn)放大器裕量最大、功耗最低。這可以在信號源或者放大器輸入端實現(xiàn)。如果是放大器輸入端,可能需要交流耦合,并且必須建立新的中間電源偏置電壓,使電路更加復(fù)雜。
 
解決此問題的另一個辦法是使用“真”單電源放大器。這些放大器的ICMVR包括負供電軌,有助于緩解ICMVR問題。還有一個辦法是使用軌到軌放大器,其輸入和輸出擺幅可以達到供電軌的數(shù)毫伏范圍內(nèi)。此外還可以使用內(nèi)置電荷泵的放大器,在內(nèi)部產(chǎn)生負供電軌。
 
因此,如果放大器設(shè)計讓您感到束手束腳,請冷靜下來、放松心情,有很多辦法都可以找到更多一點上裕量或下裕量。
 
 
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